intervenções de manutenção na linha de fabrico de cimento...
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Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia
Intervenções de Manutenção na Linha de Fabrico
de Cimento Branco OPTIMIZAÇÃO DO BRITADOR DE CLÍNQUER
Luís Miguel Agostinho Henriques
Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em Equipamentos e Sistemas Mecânicos
COIMBRA
2010
Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia
Intervenções de Manutenção na Linha de Fabrico
de Cimento Branco OPTIMIZAÇÃO DO BRITADOR DE CLÍNQUER
Orientadores:
Luís Filipe Pires Borrego
Professor Coordenador, ISEC
Carlos Alberto do Carmo Coelho Rebelo
Professor Adjunto, ISEC
Supervisor de Estágio na Empresa:
Nuno Filipe Fonseca Nogueira Serens
Director de Manutenção, SECIL
Luís Miguel Agostinho Henriques
Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em
Equipamentos e Sistemas Mecânicos
COIMBRA
2010
i
Dedicatória
Aos meus pais, irmão e irmã
iii
Agradecimentos
Este trabalho só foi possível com o apoio e colaboração de inúmeras pessoas a quem
quero agradecer, das quais destaco o Professor Carlos Rebelo e o Professor Luís Borrego pela
orientação do estágio realizado, e o Engenheiro Nuno Serens, pela sua supervisão técnica e
prática, pela compreensão e disponibilidade demonstrada, pelo esforço desenvolvido e por
todos os ensinamentos relativos ao mundo cimenteiro que em muito contribuíram para a
minha formação.
Agradeço ao Engenheiro João Pereira, na actual Direcção de Produção da fábrica Cibra,
pelos meios proporcionados ao desenvolvimento das minhas competências e queria
igualmente agradecer a atenção e simpatia com que me receberam, sem excepção, todos os
colaboradores.
Manifesto especiais agradecimentos aos Engenheiros Luís Costa, Michael Mendonça,
Fernando Vitorino, Lucas, Filipe Santos, Mendes Silva, José Gouveia, Vasco Castela, Márcio
Figueiredo e ao Srs. Agnelo Ferreira, Hélder Frazão, José Claro, Carlos Salvador, Adriano
Fachada e António Gil pela partilha de informação, pela disponibilidade, pelo espírito de
equipa e colaboração técnica que demonstraram, pois esse apoio foi imprescindível para a
execução deste trabalho.
Para terminar, um grande agradecimento aos meus pais, irmão, irmã, namorada e
restantes familiares pelo apoio incondicional, que permitiram criar condições à realização
deste trabalho.
A todos um bem-haja.
v
Resumo
No âmbito do estágio integrante do Mestrado em Equipamentos e Sistemas Mecânicos,
Área de Especialização em Construção e Manutenção de Equipamentos Mecânicos, do
Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, foi desenvolvido um trabalho de Optimização
do Britador de Clínquer Branco.
Este trabalho tem como base o estudo de um dos equipamentos de vital importância na
linha de fabrico de cimento branco da fábrica Cibra-Pataias, onde o estágio foi realizado.
O estudo apresentado incide num problema de perdas de produção significativas devidas
à falha do britador de clínquer branco. O referido equipamento apresenta um elevado número
de falhas em serviço e consequentemente provoca perdas de produção significativas. O
problema atinge também uma dimensão elevada no que respeita aos tempos de reparação,
reposição do processo produtivo e custos associados.
Palavras-chave: cimento branco; manutenção; britador de clínquer.
vii
Abstract
Within the internship of the Master in Mechanical Equipments and Systems,
Specialization in Construction and Maintenance of Mechanical Equipments, of Instituto
Superior de Engenharia de Coimbra, a process of Optimization of the White Clinker Crusher
was developed.
This work is based on a study of vital importance equipment in the production line of
white cement factory in Cibra-Pataias, where this internship was performed.
The present study focuses on a problem of significant production losses due to failure of
the white clinker crusher. This equipment presents a high number of failures in service, which
leads to significant production losses. The problem is also important in regard to the time of
repair, replacement of the production process and associated costs.
Keywords: white cement; maintenance; optimization, clinker crusher
ix
Índice
Lista de Figuras xii
Lista de Tabelas xv
1 Introdução 1
1.1 Âmbito e objectivo do estágio 1
1.2 Plano de trabalhos 2
1.3 Estruturação do relatório de estágio 3
2 Indústria Cimenteira 5
2.1 O cimento 5
2.2 Indústria cimenteira em Portugal 6
2.3 Secil 7
2.4 Cibra 8
2.5 Enquadramento da Manutenção 10
3 Fabrico de Cimento na Fábrica Cibra 11
3.1 Extracção das Matérias-Primas 13
3.2 Preparação das Matérias-Primas 14
3.2.1 Transporte, armazenamento e homogeneização 14
3.2.2 Moagem de cru 15
3.3 Processo de Clinquerização 17
3.3.1 Clínquer cinzento 17
3.3.2 Clínquer branco 18
3.4 Moagem e Armazenagem de Cimento 19
3.5 Embalagem e expedição de cimento 20
3.6 Diferenças Entre os Processos de Fabrico de Cimento Cinzento e Branco 20
4 Equipamentos Integrantes da Linha de Fabrico de Cimento Branco 21
4.1 Extracção das matérias-primas 21
4.1.1 Britador primário 21
4.2 Preparação das Matérias-Primas 25
x
4.2.1 Transporte 25
4.2.2 Armazenamento 25
4.2.3 Matérias-primas secundárias 27
4.2.4 Moagem de cru 29
4.3 Processo de Clinquerização 33
4.3.1 Balança de alimentação de cru 35
4.3.2 Prato granulador 35
4.3.3 Grelha Lepol 36
4.3.4 Forno 37
4.3.5 Queimador 38
4.3.6 Britador de clínquer 39
4.3.7 Tambor redutor 39
4.4 Moagem de cimento 40
4.4.1 Transporte metálico 40
4.4.2 Elevador de clínquer 41
4.4.3 Moinho de cimento 42
4.5 Embalagem de Cimento 43
4.5.1 Ensacadeira de cimento branco 43
4.5.2 Paletizadora 44
5 Britador de Clínquer Branco 45
5.1 Britador de rolos 45
5.2 Componentes do britador de clínquer branco 46
5.2.1 Aro de ligação ao cabeçote 46
5.2.2 Funil superior 48
5.2.3 Tampa superior 48
5.2.4 Protecção dos veios dos rolos 49
5.2.5 Veios 50
5.2.6 Rolo de compressão 50
5.2.7 Vedação entre funil superior e a tampa superior 51
5.2.8 Tampa inferior 51
5.2.9 Funil inferior 51
5.2.10 Sistema de Accionamento 52
5.3 Condições de operação 52
5.4 Concepção do britador 54
5.5 Problemas verificados após operação e suas causas 55
6 Optimização do britador de clínquer branco 63
xi
6.1 Alterações ao nível do corpo do britador 63
6.2 Alterações ao nível do sistema de tratamento da água do britador 75
7 Análise de custos 79
8 Conclusões 83
9 Referências 85
10 Anexos 87
xii
Lista de Figuras
Fig. 2.1 – Fábrica da Maceira 7
Fig. 2.2 – Fábrica do Outão 8
Fig. 2.3 – Fábrica Cibra 9
Fig. 3.1 – Linha de produção de cimento branco 12
Fig. 3.2 – Linha de produção de cimento cinzento 12
Fig. 3.3 – Pedreiras de calcários e argilas (à esquerda) e de calcário branco (à direita) 13
Fig. 3.4 – Matérias-primas secundárias: ladrilhos (à esquerda) e loiças (à direita) 13
Fig. 3.5 – Parque circular de pré-homogeneização da matéria-prima do cimento cinzento 15
Fig. 3.6 – Moinho de bolas e esquema de funcionamento 16
Fig. 3.7 – Interior de um silo de armazenagem de cru 16
Fig. 3.8 – Forno da linha de cimento cinzento 18
Fig. 3.9 – Paletes plastificadas de cimento branco 20
Fig. 4.1 – Britador primário de martelos 22
Fig. 4.2 – Representação esquemática do funcionamento de um britador de martelos 22
Fig. 4.3 – Diversos formatos de martelos (em cima) e martelo bimetálico (em baixo) 24
Fig. 4.4 – Grelhas do britador 24
Fig. 4.5 – Telas transportadoras 25
Fig. 4.6 – Silos de armazenamento de calcário branco: exterior (à esquerda) e base (à direita) 26
Fig. 4.7 – Doseadoras de calcário branco 26
Fig. 4.8 – Preparação das natas de mármore (à esquerda) e esteira e desagregador (à direita) 27
Fig. 4.9 – Balança doseadora de natas de mármore 28
Fig. 4.10 – Silo de areia branca 28
Fig. 4.11 – Balança doseadora de caulino 29
Fig. 4.12 – Alimentação das matérias-primas à moagem de cru 30
Fig. 4.13 – Britador secador da moagem de cru 30
Fig. 4.14 – Moinho de cru 31
Fig. 4.15 – Elevador de saída do moinho de cru 31
Fig. 4.16 – Separador da moagem de cru 32
Fig. 4.17 – Silos de cru 32
Fig. 4.18 – Sinóptico do forno de branco 34
Fig. 4.19 – Balança doseadora de cru (à esquerda) e pormenor do tapete de cru (à direita) 35
xiii
Fig. 4.20 – Prato granulador (à esquerda) e grânulos formados (à direita) 36
Fig. 4.21 – Grelha Lepol (à esquerda) e grelha (à direita) 36
Fig. 4.22 – Interior da grelha Lepol 37
Fig. 4.23 – Forno de branco 37
Fig. 4.24 – Aplicação de tijolo refractário no interior do forno 38
Fig. 4.25 – Queimador do forno de branco 39
Fig. 4.26 – Exterior do tambor redutor (à esquerda) e segunda câmara (à direita) 40
Fig. 4.27 – Transporte metálico (à esquerda) e clínquer à saída do tambor redutor (à direita) 41
Fig. 4.28 – Elevador de clínquer 41
Fig. 4.29 – Formas de gesso (à esquerda) e balança doseadora de gesso (à direita) 42
Fig. 4.30 – Moinho de cimento branco 43
Fig. 4.31 – Ensacadeira de cimento branco (à esquerda) e bica de enchimento (à direita) 43
Fig. 4.32 – Formação da camada (à esquerda) e formação da palete (à direita) 44
Fig. 5.1 – Britador de rolos simples (à esquerda) e britador de rolos duplos (à direita) 45
Fig. 5.2 – Britador de rolos 46
Fig. 5.3 – Aro de ligação ao cabeçote 47
Fig. 5.4 – Cabeçote do forno e queimador 47
Fig. 5.5 – Funil superior e tampa superior 49
Fig. 5.6 – Protecção dos veios dos rolos 49
Fig. 5.7 – Montagem de um rolo de compressão no veio 50
Fig. 5.8 – Vedação entre funil superior e tampa superior 51
Fig. 5.9 – Funil inferior 52
Fig. 5.10 – Incrustações e grânulos no interior do forno de cimento branco 53
Fig. 5.11 – Posição do britador de clínquer relativamente ao forno 55
Fig. 5.12 – Arrancamento do revestimento nas arestas do dente 56
Fig. 5.13 – Arrancamento completo do revestimento na superfície do dente 56
Fig. 5.14 – Fenómeno de fissuração a frio na superfície do rolo de compressão 57
Fig. 5.15 – Desunião do revestimento com o metal de base 58
Fig. 5.16 – Heterogeneidade na transição entre tijolos 59
Fig. 5.17 – Parafusos de fixação do tijolo refractário 60
Fig. 5.18 – Precipitação de calcário no britador de clínquer 60
Fig. 6.1 – Superfície do rolo após preparação 63
Fig. 6.2 – Microestruturas do cordão DO*390N com escala de 20 µm (à esquerda) e 5 µm (à
direita) 68
Fig. 6.3 – Superfície lisa do dente do rolo revestido e sem fissuração a frio apresentando
microfissuras anti-tensões 69
xiv
Fig. 6.4 – Perfil arredondado do dente 70
Fig. 6.5 – Corte longitudinal do conjunto do rotor 71
Fig. 6.6 – Presença de calcário à saída do veio 71
Fig. 6.7 – Técnica de estanhagem (à esquerda) e técnica de estanhagem com soldadura em
multipasses (à direita) 72
Fig. 6.8 – Sequência de soldadura com “passo de peregrino” 73
Fig. 6.9 – Efeito de batimento dos cordões 73
Fig. 6.10 – Protecção dos veios dos rolos revestida a betão 74
Fig. 6.11 – Funil superior com betão refractário 75
xv
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Cronograma do Plano de Estágio 2
Tabela 5.1 – Composição química do tijolo Refracta R2000 48
Tabela 5.2 – Composição química do eléctrodo Castolin DO*33 57
Tabela 6.1 – Composição química do aço dos rolos de compressão 65
Tabela 6.2 – Composição química do eléctrodo Castolin DO*390N 66
Tabela 6.3 – Resultado comparativo do teste ASTM G65 para as ligas DO*33 e DO*390N 67
Tabela 6.4 – Dureza da água 76
Tabela 7.1 – Custo dos combustíveis de aquecimento do forno 79
Tabela 7.2 – Análise do custo diário de não produção 80
Tabela 7.3 – Custos totais associados a uma paragem não programada de cinco dias 81
Tabela 8.1 – Soluções apresentadas para os problemas do britador de clínquer 83
1
1 Introdução
1.1 Âmbito e objectivo do estágio
Para muitas organizações, entre as quais se encontra a Cibra, é importante responder à
pressão competitiva global, procurando aumentar as suas produtividades, maximizando a
eficácia total do equipamento e assegurando um programa de manutenção eficiente.
O conceito de Manutenção tem evoluído e continua a evoluir no tempo e,
consequentemente, dentro de cada organização.
A Manutenção assume um papel determinante visto ser essencial para garantir a
operacionalidade dos equipamentos utilizados nos processos produtivos, influenciando de
forma significativa o nível de qualidade dos bens produzidos e os custos de produção.
Uma manutenção planeada, que actua no momento exacto, maximizando os meios de
produção, é por excelência o modelo ideal para a minimização dos custos de manutenção
inerentes. Por um lado, maximizando a utilização dos equipamentos, por outro, minimizando
os custos causados por paragens imprevistas ou mesmo por intervenções e substituições
desnecessárias.
Com este trabalho pretende-se dar um contributo válido na melhoria das acções
correctivas e preventivas da manutenção, de modo a alcançar resultados de disponibilidade
superiores aos actuais, e desta feita, chegar a objectivos ansiados pelos departamentos de
manutenção e produção da Cibra.
O presente estágio insere-se no âmbito do Mestrado de Equipamentos e Sistemas
Mecânicos do Instituto de Engenharia de Coimbra e tem por objectivos: aprofundar a
formação académica em contexto de trabalho; contactar com diversos tipos de equipamentos
mecânicos e diferentes procedimentos utilizados na sua manutenção; possibilitar o
desenvolvimento de competências ao nível da resolução de problemas complexos,
nomeadamente através da integração nas actividades de manutenção dos equipamentos
mecânicos e ao participar no projecto de optimização do funcionamento do britador de
clínquer branco da Fábrica Cibra-Pataias, pertencente à empresa CMP – Cimentos Maceira e
Pataias, S.A. (grupo SECIL).
2
Na Fábrica Cibra-Pataias, um dos equipamentos sujeito a condições de funcionamento
mais adversas e que tem requerido frequentes intervenções de manutenção, constituindo
mesmo um elemento crítico na linha de produção é o britador de clínquer branco.
Assim, o principal objectivo do presente trabalho é optimizar o britador de clínquer
branco mediante alterações à construção e condições de funcionamento deste, tendo em conta
o seu papel vital na linha e procurando evitar a sua falha com inevitáveis custos associados.
1.2 Plano de trabalhos
Para que se possa melhorar este equipamento foi definido um plano de estágio cujas fases
visam obter as informações necessárias para o correcto procedimento de optimização. O plano
de estágio compreendeu as seguintes fases:
Fase 1 - Conhecimento do processo de fabrico do cimento
Fase 2 - Análise do funcionamento dos equipamentos integrantes da linha de fabrico de
cimento branco
Fase 3 - Análise detalhada do funcionamento do britador de clínquer branco
Fase 4 - Projecto de optimização mecânica do britador de clínquer branco
Fase 5 - Elaboração do relatório final de estágio
O cronograma seguinte expõe a distribuição temporal das fases contidas no plano de
estágio.
Tabela 2.1 – Cronograma do Plano de Estágio
Mês Dez.09 Jan.10 Fev.10 Mar.10 Abr.10 Mai.10 Jun.10 Jul. 10 Ago.10 Set.10
N.º horas 80 175 160 175 175 175 175 175 95 175
Fase 1
Fase 2
Fase 3
Fase 4
Fase 5
3
1.3 Estruturação do relatório de estágio
O presente relatório está estruturado em 8 capítulos.
No presente capítulo (capítulo 1) pretende-se dar a conhecer o fundamento deste estudo e
apresentar genericamente o trabalho desenvolvido. São apresentados o âmbito e objectivo e a
própria estrutura do relatório de estágio.
No capítulo 2 faz-se uma breve introdução ao tema “Cimento”. Assim, é feito o
enquadramento deste produto e são apresentadas as empresas Secil e Cibra. Faz-se também
um enquadramento da Manutenção.
No capítulo 3 descrevem-se os processos de fabrico dos cimentos cinzento e branco de
acordo com as suas principais fases.
No capítulo 4 descrevem-se com maior detalhe os equipamentos que integram a linha de
fabrico de cimento branco sendo esta descrição acompanhada com um breve resumo às
práticas de manutenção desenvolvidas pelos profissionais da manutenção.
No capítulo 5 explicam-se o princípio de funcionamento e condições de operação do
britador de clínquer branco. Expõem-se as principais ideias consideradas na concepção do
britador, os problemas verificados após operação e as suas causas.
No capítulo 6 descreve-se e apresenta-se a aplicação do tema propriamente dito, isto é, a
aplicação prática da análise das falhas do britador. Podem-se encontrar neste capítulo as
alterações implementadas com intuito de optimizar o britador de clínquer por forma a obter
melhorias significativas da sua disponibilidade.
No capítulo 7 evidencia-se a importância de evitar a falha do britador de clínquer através
da determinação dos custos de oportunidade associados àquele acontecimento.
No capítulo 8 faz-se a análise do trabalho desenvolvido, são enunciadas algumas
conclusões e perspectivas de trabalho futuro neste âmbito.
Após o capítulo 8 seguem-se as referências bibliográficas, que contemplam as fontes
pesquisadas e que serviram de base à fundamentação e desenvolvimento da dissertação.
No final deste trabalho é apresentado um conjunto de anexos, onde se encontram os
desenhos de construção mecânica do britador e fichas técnicas de alguns dos materiais
referidos durante este trabalho.
4
Importa, nesta fase, referir que a descrição dos equipamentos integrantes da linha de
fabrico de cimento branco e, principalmente, a descrição do próprio processo de fabrico de
cimento branco não são do senso comum, existindo confidencialidade em relação a esta
temática, pelo que, carece de algum cuidado na sua abordagem tendo esta apenas a
profundidade necessária à compreensão do trabalho desenvolvido.
5
2 Indústria Cimenteira
Neste capítulo é efectuado um pequeno enquadramento do cimento, da indústria
cimenteira em Portugal, das empresas Secil e Cibra e da função manutenção elucidando sobre
a sua aplicabilidade neste tipo de indústria.
2.1 O cimento
A necessidade em encontrar melhor e maior segurança e consequente durabilidade para
as construções, leva a que o Homem prossiga ao longo dos tempos numa experimentação de
diversos materiais aglomerantes. Conforme relatos longínquos, os romanos chamavam esses
materiais de "caementum", termo que posteriormente originou a palavra cimento.
Em 1756 um engenheiro de nome John Smeaton, enquanto procurava um material
aglomerante que se tornasse resistente mesmo na presença de água e que viesse a facilitar o
trabalho de reconstrução do farol de Edystone, na Inglaterra, verificou nas suas várias
tentativas, que uma mistura calcinada de calcário e argila se tornava, depois de seca, tão
resistente quanto as pedras então utilizadas nas construções.
No entanto a afirmação e consolidação desta descoberta, pertence a um pedreiro, Joseph
Aspdin, que em 1824, requere o registo da patente deste produto, ao qual atribuirá a
designação de cimento Portland, numa referência à Portlandstone, tipo de pedra arenosa
frequentemente usada em construções na região de Portland em Inglaterra.
No pedido de patente comprova e faz constar que o calcário era moído com argila, em
meio húmido. A água era então, evaporada pela exposição ao sol ou por irradiação de calor
através de um cano com vapor. Os blocos da mistura seca eram calcinados em fornos e depois
moídos bem finos, dando lugar a uma espécie de argamassa.
Após patenteado, o cimento Portland desencadeia uma verdadeira e desenvolta revolução
na construção, muito particularmente pelo conjunto inédito das suas propriedades,
nomeadamente as resistências aos esforços e por ser obtido a partir de matérias-primas
relativamente abundantes e disponíveis na natureza.
6
A preocupação dos arquitectos e projectistas aliado a modernos métodos de cálculo e o
empenho dos construtores impulsionaram o avanço das tecnologias do cimento, as quais
possibilitam ao homem transformar o meio em que vive, conforme as suas necessidades, e
atendendo cada vez mais a uma exigência de melhoria nas edificações. A descoberta de novos
aditivos, que numa constante procura de uma melhoria que se pretende, possibilitam a
obtenção de um produto de alto desempenho e superior aceitação no consumidor, o qual
encontra naquele uma resistência à compressão até 10 vezes superiores às até então admitidas
nos cálculos das estruturas dos edifícios.
Obras cada vez mais arrojadas e indispensáveis, que propiciam conforto, bem-estar
(barragens, pontes, viadutos, edifícios, estações de tratamento de água, rodovias, portos e
aeroportos) e o contínuo surgimento de novos produtos e aplicações fazem do cimento um dos
produtos mais consumidos da actualidade, conferindo uma dimensão estratégica à sua
produção e comercialização.
2.2 Indústria cimenteira em Portugal
Segundo Gonçalves [2005] em Portugal, a primeira fábrica de cimento surgiu em 1866,
segundo parece, localizada em Alcântara. Esta e outras duas que se lhe seguiram, devido a
dificuldades económicas e à má qualidade do cimento produzido tiveram vida efémera. Em
1894 foi concedido alvará para a montagem da fábrica de Alhandra, que mais tarde, pelas
mesmas razões, teve de ser encerrada, reabrindo em 1912.
Em 1906 surge a fábrica de Outão, com o nome de "Compagnie de Ciments du Portugal",
sendo em 1918 vendida e dando origem à "Companhia Geral de Cal e Cimento” que, em 1925
aluga as suas instalações à “Sociedade de Empreendimentos Comerciais e Industriais
Limitada”: estava criada a marca SECIL.
Em 1975 ocorreu a nacionalização da indústria cimenteira.
Em 1976 constitui-se a CIMPOR - Cimentos de Portugal, E.P. e em 1991 constitui-se
como sociedade anónima, passando a designar-se CIMPOR - Cimentos de Portugal, S.A.
Em 1991 é feita a constituição da SEMAPA com o objectivo de concorrer à
reprivatização das empresas "Secil – Companhia Geral de Cal e Cimento, S.A." e "CMP –
Cimentos Maceira e Pataias, S.A.".
7
Em Junho de 1994 a SEMAPA foi vencedora do concurso de reprivatização, tendo
adquirido 51% da "Secil – Companhia Geral de Cal e Cimento, S.A." e 80% da "CMP –
Cimentos Maceira e Pataias, S.A." e em Novembro do mesmo ano, a SEMAPA vende à Secil
80% da CMP.
Em suma, neste momento, operam em Portugal duas empresas cimenteiras, a Cimpor e a
Secil, que exploram seis fábricas de cimento, com uma capacidade total de produção de
cimento superior a 10 milhões de toneladas/ano. A Cimpor explora as fábricas de Souselas,
Alhandra e Loulé enquanto que a Secil explora as fábricas de Maceira, Pataias e Outão.
2.3 Secil
Um conjunto de cerca de 40 empresas constitui hoje o Universo SECIL, sendo a fábrica
Cibra-Pataias uma unidade industrial de grande importância, onde são produzidos os cimentos
branco e cinzento da marca Cibra.
A produção de cimento é o núcleo da actividade da Secil, que integra, além da fábrica de
Pataias, mais duas fábricas em Portugal: uma em Maceira (Fig. 2.1) e outra no Outão (Fig.
2.2) – onde a Secil teve origem há quase um século atrás.
Fig. 2.1 – Fábrica da Maceira
8
Fig. 2.2 – Fábrica do Outão
Secil, Maceira-Liz e Cibra são as três marcas de cimento que a empresa actualmente
comercializa e cuja produção é feita sob um apertado controlo de fabrico, de modo a manter
altos padrões de qualidade que as certificações nacionais e internacionais exigem.
A Secil orgulha-se de ter vindo a merecer a confiança contínua dos seus clientes, fruto da
qualidade do que produz e dos serviços que presta, particularmente através de uma assistência
técnica muito activa. Orgulha-se também do modo como assume a sua responsabilidade
social, ao empenhar-se na manutenção de um justo equilíbrio entre a eficácia da sua
actividade económica e a preservação do meio ambiente em que actua.
2.4 Cibra
Em 1944, numa época em que a produção de cimento era manifestamente insuficiente
para as necessidades existentes e as indústrias de mosaico hidráulico eram obrigadas a
importar do estrangeiro o cimento branco de que necessitavam, nasce a CIBRA – Companhia
Portuguesa de Cimentos Brancos, S.A.R.L.
A Cibra instalou-se em Pataias decidida a tirar partido das vantagens naturais da região,
cuja pedra e areias apresentavam a qualidade necessária ao fabrico daquele tipo de cimento e
já tinham justificado a fabricação, na zona, do único ligante utilizado na construção do
Mosteiro de Alcobaça.
Inaugurada em 5 de Fevereiro de 1950, a primeira linha de fabrico de cimento branco era
constituída por um forno rotativo e pelos demais equipamentos complementares, necessários
ao fabrico daquele tipo de cimento.
9
A produção de cimento branco é um processo complexo e, ao mesmo tempo, estimulante,
face aos enormes desafios que decorrem de uma grande exigência de qualidade, não só nos
parâmetros tradicionais do produto, como sejam as resistências à compressão e flexão, mas
também nas características estéticas que justificam a procura deste material, essencialmente
traduzidas nos seus níveis de brancura e reflectância.
Trata-se de um processo produtivo cujo êxito depende da qualidade das matérias-primas
e também da qualidade profissional dos técnicos que o controlam, exercida de modo
persistente e de uma permanente ambição de superar os níveis atingidos.
A notável evolução que a qualidade do cimento branco Cibra® conheceu nos últimos
anos constitui um claro reconhecimento dessa qualidade profissional.
Assumindo as mais variadas texturas e cores, depois de pigmentado, o cimento branco
pode contribuir significativamente para a qualidade estética da obra arquitectónica, de que são
exemplo a Torre do Tombo, o Pavilhão do Conhecimento dos Mares, a Basílica de Fátima, a
Casa da Música e a Casa das Histórias de Paula Rego.
A Fábrica Cibra (Fig. 2.3) é a única fábrica de cimento em Portugal que se dedica à
produção de cimento branco.
As exigências de fabrico deste tipo de produto colocam-se não só ao nível da qualidade
da matéria-prima utilizada, mas também em termos do funcionamento adequado de toda a
linha de produção, revestindo-se de particular importância a manutenção de todos os
equipamentos mecânicos.
Fig. 2.3 – Fábrica Cibra
10
2.5 Enquadramento da Manutenção
De acordo com Ferreira [1998], todos os parques de equipamentos estão sujeitos a
deterioração. Para garantir que uma instalação assegure as funções para que foi projectada e
realizada é necessário que as suas instalações e equipamentos sejam mantidos nas condições
adequadas de funcionamento. Para isso devem realizar-se reparações às máquinas, inspecções,
intervenções preventivas, substituições de órgãos e peças, mudanças de óleo, limpezas,
pinturas, correcção de defeitos, fabricação de componentes para substituição de outros já
gastos, etc. Ao conjunto destas e outras acções designamos por procedimentos de
manutenção.
Assim, pode definir-se Manutenção como o conjunto de acções destinadas a assegurar o
bom funcionamento dos equipamentos e instalações, garantindo que são sujeitas a
intervenções oportunas e com o alcance adequado, de forma a evitar a sua avaria ou a
diminuição de rendimento e, no caso de tal acontecer, que sejam repostas em boas condições
de operacionalidade com a maior brevidade, tudo a um custo global optimizado.
11
3 Fabrico de Cimento na Fábrica Cibra
Neste capítulo é efectuada a exposição sumária dos processos de fabrico dos cimentos
cinzento e branco na fábrica Cibra e enunciadas as principais diferenças entre estes.
A informação contida e descrita ao longo deste capítulo foi fornecida, na sua maioria,
pela Secil sobre a forma de documentação interna diversa, tais como fichas técnicas,
catálogos, manuais e livros técnicos.
As operações do processo de produção de cimento agrupam-se sumariamente, nas
seguintes fases:
Extracção das matérias-primas;
Preparação das matérias-primas;
Clinquerização;
Moagem de cimento;
Embalagem e expedição de cimento.
Existem, no entanto algumas diferenças entre os processos de fabrico de cimento branco
e cinzento. A Fig. 3.1 e a Fig. 3.2 representam a linha de produção de cimento branco e a
linha de produção de cimento cinzento, respectivamente.
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Fig. 3.1 – Linha de produção de cimento branco
Fig. 3.2 – Linha de produção de cimento cinzento
13
3.1 Extracção das Matérias-Primas
As matérias-primas extraídas das pedreiras são os calcários e as argilas (no caso do
cimento branco somente calcário branco). A exploração das pedreiras é feita a céu aberto, por
patamares, como mostra a Fig. 3.3, sendo efectuado o desmonte com explosivos,
criteriosamente aplicados de modo a minimizar as vibrações.
Fig. 3.3 – Pedreiras de calcários e argilas (à esquerda) e de calcário branco (à direita)
A minimização do impacte visual é feita através da recuperação paisagística das frentes
finalizadas, havendo a preocupação em diminuir a utilização dos recursos naturais, recorrendo
à incorporação de matérias-primas secundárias, tais como, lamas de cal, resíduos de fabrico
de peças cerâmicas, representadas na Fig. 3.4 (tijolos, ladrilhos, telhas, loiças), moldes fora de
uso, betão, areias de fundição, granalha usada, tijolo refractário usado, entre outros.
Fig. 3.4 – Matérias-primas secundárias: ladrilhos (à esquerda) e loiças (à direita)
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As matérias-primas do cimento cinzento devem conter, em determinadas proporções,
cálcio, sílica, alumina e ferro. Normalmente é necessário corrigir um ou dois destes elementos
recorrendo-se a outras pedreiras ou a resíduos que contenham os elementos necessários como
é o caso da areia contaminada utilizada em decapagens, na correcção da sílica.
No caso das matérias-primas para o fabrico do cimento branco, para além do calcário
branco com alto teor em CaCO3 e com teores de óxidos metálicos significativamente
reduzidos são utilizadas outras matérias-primas tais como, as argilas caulíniticas e areias
adquiridas ao exterior. Estas cumprem especificações igualmente rigorosas no que diz
respeito aos teores em óxidos metálicos, granulometria e humidade.
O calcário, após extracção, apresenta-se em grandes blocos (até cerca de ½ m3), pelo que
se torna necessário reduzir o seu tamanho para uma granulometria (inferior a 90 mm)
compatível com o transporte, armazenagem e alimentação das fases de fabrico seguintes,
operação que é feita num britador (no caso do cimento branco o calcário pode ainda ser
sujeito a uma operação de lavagem, a fim de retirar as argilas para evitar qualquer coloração).
Ao mesmo tempo que se efectua a britagem, procura-se que a mistura dos materiais
extraídos se aproxime da composição química desejada alimentando o britador com
determinadas proporções de calcários de diferentes zonas da pedreira (tendo em conta as
sondagens provadas, isto é, sondagens extensivas que permitem confirmar a quantidade,
mineralogia, variação e a disponibilidade legal de exploração).
3.2 Preparação das Matérias-Primas
3.2.1 Transporte, armazenamento e homogeneização
O material britado é transportado para a fábrica por telas transportadoras de borracha.
Estas possuem captadores de metais que retiram os metais da tela por efeito magnético e,
posteriormente, detectores de metais que param as telas, caso alguma metal tenha passado
pelo captador de metais, permitindo retirar os metais manualmente. Estes metais, que podem
ser peças das máquinas da pedreira, se prosseguissem nos circuitos provocariam danos nas
próprias telas e nos restantes equipamentos.
A minimização das emissões de partículas é conseguida através da rega dos circuitos dos
transportes nas pedreiras e através de numerosos filtros de mangas ao longo de todo o circuito
de transporte e armazenagem das matérias-primas.
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As matérias-primas britadas são armazenadas em silos verticais, no caso do calcário
branco, ou num armazém circular de pré-homogeneização das matérias-primas (representado
na Fig. 3.5), no caso da linha de cimento cinzento. Os silos são depósitos que, para além da
função armazenagem, têm o papel de homogeneizar o material, quer à entrada, quer à saída do
mesmo.
Fig. 3.5 – Parque circular de pré-homogeneização da matéria-prima do cimento cinzento
No processo de cimento cinzento, a máquina de extracção é um pente que ao cortar o
monte transversalmente provoca a queda e a mistura dos materiais das várias camadas,
homogeneizando-os. A mistura pré-homogeneizada e os materiais de correcção são doseados
à saída dos sistemas de homogeneização, tendo em consideração a qualidade do produto a
obter. Esta operação é controlada por computador.
3.2.2 Moagem de cru
Os materiais doseados são finamente moídos em moinhos tubulares horizontais, com
corpos moentes (bolas de aço), designados por moinhos de bolas, esquematicamente
representados na Fig. 3.6. Nestes moinhos é obtido um produto designado por "cru"
(matérias-primas homogeneizadas) que é novamente homogeneizado e ensilado em silos
próprios.
A imagem esquematicamente representada na Fig. 3.7 mostra o interior do silo com as
várias camadas de material que se formam ao serem depositadas no centro do topo do silo.
16
Fig. 3.6 – Moinho de bolas e esquema de funcionamento
Fig. 3.7 – Interior de um silo de armazenagem de cru
Entrada de
material
17
A extracção por várias vias no fundo do silo e de forma programada provoca uma
homogeneização do material que se extrai. O gráfico superior desta imagem mostra o desvio
padrão da composição química à entrada e o gráfico inferior dá a indicação o desvio padrão à
saída. O factor de homogeneização nestes silos chega a ser de oito vezes.
3.3 Processo de Clinquerização
3.3.1 Clínquer cinzento
O cru homogeneizado é extraído dos silos de armazenagem e introduzido no sistema de
pré-aquecimento (torre de ciclones) com pré-calcinação. Os gases de escape resultantes da
queima do combustível sobem pela torre de ciclones e ao longo do percurso vão fazendo a
transferência do calor para o material, aquecendo-o continuamente à medida que este avança
de ciclone em ciclone até ao forno.
No pré-calcinador dá-se a descarbonatação do cru, isto é, a separação do carbonato de
cálcio (CaCO3) em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO2), sendo este último
encaminhado juntamente com os gases do forno para a torre de condicionamento de gases
onde se reduzem as emissões de partículas.
Seguidamente o material entra no forno apresentado na Fig. 3.8, deslocando-se ao longo
deste devido à sua rotação e ligeira inclinação (3,5%), prosseguindo o aquecimento e
desenrolando-se as reacções físico-químicas do processo da clinquerização a uma temperatura
de cerca de 1450ºC (obtida através da combustão de coque de petróleo, VFV (Veículos em
Fim de Vida), estilha de madeira, farinhas animais, CDF (Combustíveis Derivados de
Resíduos), pneus usados de veículos previamente triturados e outros) obtendo-se o clínquer
(produto da calcinação da mistura do calcário (75 a 80%), da argila (20 a 25%) e de
componentes químicos como o silício, o alumínio e o ferro). O consumo calorífico específico
do forno é de 780 Kcal/kg de clínquer.
18
Fig. 3.8 – Forno da linha de cimento cinzento
A partir dos 1450 ºC inicia-se o arrefecimento do clínquer, ainda dentro do forno, sendo a
sua fase mais intensa efectuada nos arrefecedores de grelhas, onde é introduzido ar para o
arrefecimento do clínquer, aproveitando-se, posteriormente, este ar aquecido como ar de
queima secundário no forno e ar de queima terciário no pré-calcinador. Desta forma há uma
recuperação parcial do conteúdo térmico do clínquer.
3.3.2 Clínquer branco
O cru é extraído dos silos de homogeneização e misturado com água (11-12% de
humidade final) aquando da sua granulação no prato granulador. Os grânulos são enviados a
um pré-aquecedor composto por uma grelha móvel dividida em duas câmaras, denominada
Grelha Lepol®.
Na segunda câmara do pré-aquecedor, os gases que saem do forno (a cerca de 1100ºC)
começam por atravessar transversalmente o leito de grânulos onde provocam a sua
descarbonatação parcial. Seguidamente, os gases já arrefecidos a cerca de 400 ºC passam pela
primeira câmara, onde atravessam o respectivo leito de grânulos, provocando a sua secagem.
O material assim preparado entra no forno e, analogamente ao processo de cimento
cinzento, obtém-se o clínquer branco.
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Como o teor de fundentes é baixo pela ausência nomeadamente, de óxido de ferro para
conseguir a fase líquida que permita a clinquerização do cru, a temperatura de clinquerização
é sempre superior à do clínquer cinzento, da ordem dos 1550 ºC (obtida pela combustão de
coque de petróleo). O consumo de energia no forno com grelha Lepol é bastante superior ao
conseguido num forno com torre de pré-aquecimento, sendo da ordem dos 1460 Kcal/kg de
clínquer.
Por outro lado exige uma selecção cuidada do combustível a utilizar, já que não são
admissíveis cinzas resultantes da sua queima para não serem introduzidos elementos
pigmentários.
Para assegurar a brancura do clínquer é necessário que o seu arrefecimento seja brusco
com água nebulizada (provocando a têmpera do clínquer) e se processe em atmosfera redutora
num equipamento designado por tambor redutor.
A atmosfera redutora caracteriza-se pela insuficiência de oxigénio no tambor, conseguida
pela queima incompleta de GPL (Gás de Petróleo Liquefeito) através de um queimador, de
forma a mitigar a presença de óxidos metálicos responsáveis pela “descoloração” do clínquer
branco.
3.4 Moagem e Armazenagem de Cimento
O clínquer, o gesso (regulador da presa do cimento) e fillers calcários (pó de filtro e
finos) são moídos em moinhos de bolas, em proporções bem definidas, de acordo com o plano
de qualidade, obtendo-se os diferentes tipos de cimento, que são armazenados nos respectivos
silos verticais devidamente identificados.
A mistura é moída pelo moinho e é transportada pelo elevador que introduz o cimento no
separador. O material que é introduzido no separador rege-se por dois processos diferentes, ou
seja, se o cimento ficar com a finura desejada segue para o filtro de despoeiramento e para os
silos, constituindo o produto final, mas se o cimento ainda não tiver a finura desejada, volta
ao moinho para nova moagem, seguindo depois o circuito já descrito.
A operação de moagem pode também contribuir para o índice de brancura dos cimentos
brancos, pelo que são visadas finuras mais elevadas do que nos cimentos cinzentos.
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3.5 Embalagem e expedição de cimento
A comercialização do cimento é feita quer a granel, em cisternas ferroviárias ou
rodoviárias, quer em sacos sobre paletes de madeira, normais ou plastificadas (Fig. 3.9).
Os postos de carregamento do granel rodovia funcionam em regime de self-service. O
empacotamento é feito em linhas de enchimento de sacos e de paletização automatizadas.
A substituição dos sacos de 50 kg por sacos de 40 kg e de 25 kg vieram permitir uma
utilização mais ergonómica destas embalagens em obra.
Fig. 3.9 – Paletes plastificadas de cimento branco
3.6 Diferenças Entre os Processos de Fabrico de Cimento Cinzento e
Branco
De acordo com o que foi descrito, as principais diferenças no processo produtivo de
cimento branco relativamente ao de cimento cinzento prendem-se com a selecção criteriosa de
matérias-primas mais nobres, o processo ser por via semi-seca (processo de fabrico de
cimento em que a matéria-prima alimenta o forno com uma humidade de cerca de 10-12%) e
a existência de um tambor redutor com dupla função de proceder à redução dos óxidos
metálicos e arrefecer o clínquer produzido.
21
4 Equipamentos Integrantes da Linha de Fabrico de
Cimento Branco
Neste capítulo analisam-se os principais equipamentos que integram a linha de fabrico de
cimento expondo a sua importância no processo. Esta análise será feita de acordo com as
fases do processo de fabrico de cimento branco.
Serve também, a leitura desta secção para uma melhor familiarização com os
equipamentos, processos, metodologias e terminologia utilizados na indústria cimenteira,
constituindo uma informação importante para uma melhor compreensão de todo o estudo
apresentado.
Ainda neste capítulo é feito um breve resumo de algumas práticas de manutenção
desenvolvidas pelos profissionais da manutenção nos equipamentos, tento também
participado em muitas destas tarefas no âmbito do estágio realizado.
4.1 Extracção das matérias-primas
4.1.1 Britador primário
O primeiro equipamento das linhas de cimento da fábrica Cibra é o britador primário de
martelos COMETNA® (Companhia Metalúrgica Nacional), representado na Fig. 4.1, que tem
capacidade de britagem de cerca de 300 t/h.
Os britadores de martelos utilizam forças de impacto sendo muito utilizados na indústria
cimenteira quer para calcários duros e de dureza média quer para argilas. O grau de
fragmentação é de 40 a 60:1 o que permite fazer a britagem numa só fase. Este tipo de
britadores obtém produções que podem ultrapassar as 2000 t/h.
A britagem, como se representa esquematicamente na Fig. 4.2, ocorre sucessivamente
por:
1. Impacto dos martelos em rotação;
2. Compressão de encontro à placa de entrada;
3. Compressão contra as barras da grelha de saída.
22
Fig. 4.1 – Britador primário de martelos
Fig. 4.2 – Representação esquemática do funcionamento de um britador de martelos
O formato dos martelos desempenha um papel significativo na eficiência do britador pois
são eles que fazem a maior parte do trabalho de fragmentação. No fabrico dos primeiros
martelos apenas se tinha em consideração a sua massa, hoje têm-se em consideração uma
série de factores, nomeadamente:
A localização do centro de gravidade do martelo
O centro de gravidade determina o ponto de impacto e deve ser controlado para que se
utilize a totalidade da massa do martelo contra o material a moer.
2
3
1
23
A trajectória do ar criada pela rotação dos martelos
Esta trajectória contém, normalmente, uma quantidade grande de finos que devem ser
direccionados para longe das hastes dos martelos e do rotor a fim de evitar desgastes
prematuros.
A configuração das arestas da cabeça do martelo
Os martelos devem ser desenhados com uma geometria tal que o atrito seja o mínimo
possível e assim se aumente a sua vida útil.
Tratamento térmico
A dureza do martelo é um dos factores essenciais na determinação da sua vida útil.
Enquanto a cabeça do martelo deve ser extremamente dura e resistente ao desgaste, a haste
deve ser mais dúctil de modo a absorver os choques. A variação da dureza entre a haste e a
cabeça do martelo deve ser gradual, sem mudanças bruscas.
Algumas das características dos martelos fabricados pela Magotteaux®, para britadores
de martelos a utilizar em pedreiras e reciclagem de resíduos de demolição e construção são as
seguintes:
Especificação técnica:
- Martelos de aço-manganês – dureza: 210 a 250 HB;
- Aço martensítico (com menos de 2% de carbono) – dureza: 36 a 56 HRC;
- Bimetal – dureza: 57 a 62 HRC.
Benefícios principais:
- Martelos de aço-manganês: Solução óptima em caso de impactos extremos;
- Aço martensítico: excelente resistência ao impacto e fractura/ vida útil máxima e alta
resistência ao cinzelamento (saltar lascas);
- Bimetal: excelente resistência mecânica e aumento de dureza.
Os martelos têm formatos diferentes, conforme mostra a Fig. 4.3, dependo do fabricante
e do modelo do britador.
Os martelos bimetálicos são essencialmente utilizados para calcário e clínquer. Estes
martelos fundidos combinam as vantagens de dois tipos de metais diferentes, cada um com as
suas vantagens, tal como facilidade de soldadura e, muito especialmente, uma alta resistência
ao desgaste.
24
Fig. 4.3 – Diversos formatos de martelos (em cima) e martelo bimetálico (em baixo)
Para o controlo da granulometria de saída é determinante a distância entre as barras da
grelha de saída e a distância da grelha aos martelos. Quando os martelos se gastam é
necessário ajustar aquela distância de modo a manter a granulometria máxima do material
britado, o que pode ser feito pela parte exterior.
Os martelos têm tendência a gastarem-se mais de um lado pelo que é normal, ao fim de
um determinado desgaste, virá-los.
As grelhas, apresentadas na Fig. 4.4, em aço-manganês, e as placas de revestimento da
cavidade de britagem devem ser substituídas quando o desgaste é elevado.
Fig. 4.4 – Grelhas do britador
Alguns britadores têm, na entrada, uma cortina de correntes para prevenir que alguns
pedaços de material, quando britados, saiam projectados para fora do britador.
25
4.2 Preparação das Matérias-Primas
4.2.1 Transporte
O material, após a britagem, apresenta-se com granulometria adequada para posterior
utilização nas fases seguintes do fabrico.
O transporte da matéria-prima principal (calcário branco) desde a pedreira de Alva em
Pataias até à fábrica é feito mediante telas transportadoras de borracha, representadas na Fig.
4.5, com uma extensão de cerca de 2000 metros.
Fig. 4.5 – Telas transportadoras
Este tipo de transporte requer, acima de tudo, inspecções cuidadas e periódicas para
verificar que: todos os roletes que sustentam a tela estão a rodar; os raspadores das telas estão
em bom estado de conservação; a tela tem o tensionamento correcto; o tambor mandante tem
o revestimento em borracha vulcanizada em bom estado (permitindo o movimento “rotativo”
da tela contínuo e sem vibrações); o perfil dos tambores permanece com ligeira forma de
barril para que a tela permaneça centrada nos tambores e não os abandone; o accionamento
(conjunto motor e redutor) não apresenta fugas de óleo lubrificante, vibração e aquecimento
excessivos.
4.2.2 Armazenamento
Numa fábrica de cimento é necessário prever uma armazenagem de grandes quantidades
de matérias-primas para evitar perdas de produção e garantir trabalho em regime contínuo.
Essa armazenagem pode ser combinada com uma função de pré-homogeneização.
26
O armazenamento e homogeneização do calcário branco são feitos em três silos
metálicos verticais, como mostra a Fig. 4.6.
Fig. 4.6 – Silos de armazenamento de calcário branco: exterior (à esquerda) e base (à direita)
Cada silo tem na parte inferior, doseadoras como as representadas na Fig. 4.7. Estas
doseadoras são dotadas de esteira metálica para suportarem as elevadas cargas associadas ao
peso da coluna de matérias-primas a que estão sujeitos.
Fig. 4.7 – Doseadoras de calcário branco
27
A manutenção deste tipo de equipamentos compreende a inspecção do carril e das rodas
que nele se deslocam, do accionamento e do estado da esteira metálica. Se necessários estes
elementos são reparados ou substituídos.
4.2.3 Matérias-primas secundárias
No fabrico de cimento branco são utilizadas outras matérias-primas denominadas
secundárias, tais como natas de mármore provenientes da serração de mármores, areia branca,
areia comum, caulino (silicato de alumínio) e calcário rico (calcário com elevado teor de
óxido de cálcio e baixíssimo teor de óxido de ferro).
Cada tipo de matéria-prima tem uma forma de introdução no processo própria e adequada
às suas características:
As natas de mármore são enviadas através de uma tela transportadora para uma
tremonha que doseia a quantidade transportada para um desagregador através da
velocidade de rotação de uma esteira metálica, conforme ilustra a Fig. 4.8. Este
desagregador é constituído por facas de freze agrícola e tem como principal função
britar os torrões que surgem devido ao facto deste material ser fortemente
higroscópico. O mármore britado é descarregado numa tela que alimenta uma balança
doseadora, representada na Fig. 4.9.
Fig. 4.8 – Preparação das natas de mármore (à esquerda) e esteira e desagregador (à
direita)
Tela
transportadora
Tremonha
Esteira e
desagregador
Desagregador
Esteira
28
Fig. 4.9 – Balança doseadora de natas de mármore
A areia branca, armazenada num silo metálico vertical como mostra a Fig. 4.10, não
alimenta o moinho de cru devido ao facto de ser extremamente fina e abrasiva, mas
sim o elevador de saída deste (elevador de produto acabado). Desta forma evita-se o
desperdício de energia de moagem e evita-se o incremento de desgaste das placas e
carga moente do moinho.
Fig. 4.10 – Silo de areia branca
A areia comum, o caulino e o calcário rico, armazenados em tremonhas de betão, são
doseados por balanças análogas à balança de natas de mármore. A Fig. 4.11 mostra a
balança doseadora de caulino.
29
Fig. 4.11 – Balança doseadora de caulino
4.2.4 Moagem de cru
As matérias-primas principal e secundárias são transportadas por uma tela dupla, como
mostra a Fig. 4.12. A tela inferior transporta directamente as natas de mármore, o caulino e a
areia comum para o moinho de bolas de cru, por estas terem granulometria adequada à
alimentação directa do moinho, enquanto que o calcários branco e rico transportados na tela
superior alimentam um britador secador a montante do moinho.
Este britador, representado na Fig. 4.13, recebe uma parte dos gases quentes do forno
tendo como funções secar e britar os materiais para dimensões adequadas à moagem de cru. O
calor contido nos gases de escape dos fornos é aproveitado para secar as matérias-primas e
simultaneamente para transporte do cru do moinho ao silo de armazenagem. As tarefas de
manutenção deste britador são semelhantes às efectuadas no britador da pedreira,
compreendendo verificação e caso necessário reparação ou substituição do accionamento, das
placas de impacto e dos martelos do corpo do britador. As matérias-primas alimentam o
moinho de cru por um dos extremos.
O moinho de cru, representado na Fig. 4.14, é um moinho tubular horizontal de duas
câmaras onde são depositados corpos moentes, isto é, bolas metálicas de diversos diâmetros.
O moinho recebe parte dos gases de combustão do forno e a sua rotação provoca na primeira
câmara o impacto das bolas de aço, com diâmetros compreendidos entre 60 e 90 mm, com a
mistura. Na segunda câmara, as bolas com diâmetros entre 15 e os 30 mm, reduzem
sucessivamente a granulometria por efeito do atrito entre si e o material.
30
Fig. 4.12 – Alimentação das matérias-primas à moagem de cru
Fig. 4.13 – Britador secador da moagem de cru
A manutenção de moinhos de bolas envolve, por um lado, a verificação do estado do
accionamento no que respeita a excesso de vibrações e temperatura e a fugas de óleo
lubrificante, e por outro, a substituição de bolas desgastadas e de placas de revestimento
interno do moinho que sofrem desgaste devido ao impacto e atrito das bolas na sua superfície.
O cru e gases que saem pelo extremo oposto do moinho alimentam o elevador de baldes
que eleva o cru a um separador.
Tela superior de
alimentação ao
britador secador
Tela inferior de
alimentação ao
moinho de cru
31
Fig. 4.14 – Moinho de cru
O elevador de baldes, representado na Fig. 4.15, é um transportador de corrente dupla
que trabalha na vertical e tem fixos baldes.
Fig. 4.15 – Elevador de saída do moinho de cru
Na parte superior tem o accionamento com as rodas mandantes (semelhantes a carretos) e
na parte inferior as rodas mandadas. A rotação da corrente provoca o enchimento dos baldes
aquando da passagem destes pelo caixão do elevador. Os baldes, por sua vez, descarregam o
cru no separador.
Caixão do
elevador
32
O separador, representado na Fig. 4.16, tem um corpo cónico e, mediante a turbulência
provocada pelo fluxo de gases de combustão no seu interior, faz a separação entre os
materiais finos e os grossos.
Fig. 4.16 – Separador da moagem de cru
Os grossos precipitam para a base do separador voltando a alimentar o moinho de cru,
sendo moídos até à dimensão pretendida. Os finos, por sua vez, saem pela parte superior do
ciclone e seguem para os silos de armazenamento e homogeneização de cru, representados em
Fig. 4.17.
Fig. 4.17 – Silos de cru
33
4.3 Processo de Clinquerização
Por forma a esclarecer com maior clareza esta fase importantíssima do processo, ilustra-
se na Fig. 4.18 o sinóptico do forno de branco com os principais equipamentos e parâmetros
de controlo.
34
Fig. 4.18 – Sinóptico do forno de branco
Britador de
Clínquer
Tambor Redutor
Forno
Grelha Lepol
Prato
Granulador
Balança de
alimentação de cru
Queimador
35
4.3.1 Balança de alimentação de cru
A balança doseadora HASLER® com capacidade de doseamento de 30 t/h de cru (na
forma de tapete consoante ilustra a Fig. 4.19) deposita-o num transportador sem-fim (por
parafuso sem-fim) que, por sua vez, alimenta o prato granulador de cru previamente
homogeneizada nos silos de cru.
Fig. 4.19 – Balança doseadora de cru (à esquerda) e pormenor do tapete de cru (à direita)
4.3.2 Prato granulador
O facto do cru branco ser muito fino e ter uma adesividade bastante elevada não permite
que o aquecimento e descarbonatação iniciais sejam feitos facilmente numa torre de ciclones,
pois se tal acontecesse os ciclones seriam vítimas de entupimentos constantes e o processo de
perda de rendimento. Assim, o aquecimento e descarbonatação iniciais são efectuados num
pré-aquecedor com grelhas designado por grelha Lepol. A alimentação do cru a uma grelha
Lepol carece de preparação, sendo que deve estar sob a forma de grânulos que permitam a sua
evolução ao longo da grelha.
A função do prato granulador (Fig. 4.20) é, portanto, mediante a sua rotação associada à
pulverização de cerca de 4,2 m3/h de água provocar a formação de pequenos grânulos com
cerca de 1 a 2 cm de diâmetro.
Tapete de cru
36
Fig. 4.20 – Prato granulador (à esquerda) e grânulos formados (à direita)
4.3.3 Grelha Lepol
Como foi referido anteriormente, a grelha Lepol, representada na Fig. 4.21, é responsável
pelo aquecimento e descarbonatação parcial dos grânulos de cru. A grelha funciona como
uma tela de transporte com grelhas e apresenta duas câmaras. Na segunda câmara da grelha os
gases que saem do forno (a cerca de 1100ºC) atravessam a camada de grânulos provocando a
sua descarbonatação parcial. Seguidamente, estes gases já arrefecidos a temperaturas da
ordem dos 400ºC (por permuta térmica com os grânulos) passam pela primeira câmara
provocando secagem e aquecimento dos grânulos. Este pré-aquecedor tem grelhas metálicas
capazes de suportar as altas temperaturas e permitir que sejam atravessadas pelos gases.
Fig. 4.21 – Grelha Lepol (à esquerda) e grelha (à direita)
Bicos de
pulverização
37
Pelas elevadas temperaturas de serviço e pelo facto de operar com material semi-húmido,
a grelha Lepol é altamente consumidora de material de substituição (consumíveis e
sobressalentes). Frequentemente, acumula-se uma cortina de grânulos na zona das placas de
bordo que aí permanece estática e, devido ao sucessivo aquecimento do material, queima as
placas de bordo e as grelhas adjacentes (representadas na Fig. 4.22) e os veios que as
sustentam, tornando necessário proceder à substituição destes elementos feitos em liga de
fundição, tarefa morosa e dispendiosa.
Fig. 4.22 – Interior da grelha Lepol
4.3.4 Forno
Após atravessar a grelha, o cru é cozido num forno (Fig. 4.23) constituído por um tubo
rotativo com diâmetro de 3200 mm, comprimento de 36 m, montado segundo uma inclinação
de 3,5% e com uma velocidade de rotação máxima de 1,5 rpm.
Fig. 4.23 – Forno de branco
Grelha
Placa de bordo
38
Interiormente o forno é revestido de material refractário que lhe confere protecção e
reduz as perdas térmicas como mostra a Fig. 4.24.
Fig. 4.24 – Aplicação de tijolo refractário no interior do forno
O tijolo refractário do forno é o principal elemento decisor da paragem anual de um
forno. Pelo facto do tijolo ter uma vida útil de aproximadamente um ano, este indica, através
da evolução do seu desgaste, a necessidade de paragem para revisão anual, sob pena de se
danificar profundamente o casco do forno através do seu empeno.
4.3.5 Queimador
O queimador é o equipamento responsável pela introdução no forno e queima do
combustível utilizado no fabrico do clínquer branco (coque de petróleo). O queimador
apresenta diversos canais, como mostra a Fig. 4.25, com características próprias: um tubo
central que transporta o combustível; um tubo concêntrico de maior diâmetro que alimenta a
chama com ar principal (ar atmosférico introduzido por um ventilador) responsável pela
oxidação da chama; um tubo que envolve os anteriores, tendo na sua extremidade uma
ponteira dotada de alhetas criteriosamente inclinadas que introduzem o designado ar
secundário, responsável pela modelação da forma da chama através do vórtice gerado. O
queimador é revestido exteriormente com betão refractário capaz de suportar as elevadas
temperaturas a que está sujeito.
39
Fig. 4.25 – Queimador do forno de branco
4.3.6 Britador de clínquer
Na saída do forno encontra-se o britador de clínquer. Este equipamento será analisado
detalhadamente no capítulo seguinte pelo que, nesta fase, importa apenas referir que a sua
principal função é britar os aglomerados que se formam no interior do forno. Com a operação
de britagem é obtido clínquer com uma maior superfície específica e menor dimensão que
permite a completa redução e um arrefecimento mais rápido no tambor redutor.
4.3.7 Tambor redutor
O tambor redutor, representado na Fig. 4.26, analogamente a um forno, tem a forma
tubular e é revestido internamente por tijolo refractário.
Por forma a desempenhar duas funções distintas o tambor redutor tem duas câmaras
distintas. A primeira câmara recebe o clínquer britado e reduz os óxidos presentes no clínquer,
nomeadamente o óxido de ferro, através de uma chama redutora (obtida pela queima de GPL
com carência de oxigénio). Pretende-se com este procedimento eliminar a presença de óxidos
metálicos que poderão provocar alterações à coloração branca pretendida.
O clínquer evolui no tambor redutor passando para a segunda câmara através de uma
abertura na parede divisória das câmaras, onde é arrefecido por água nebulizada para uma
temperatura que permita o seu transporte e armazenamento (cerca de 100ºC). Na região de
arrefecimento estão montados dois raspadores para evitar que o clínquer arrefecido se
acumule naquela zona.
Alimentação de
combustível
Introdução de
ar primário
Introdução de
ar secundário
40
O forno é sempre complementado por um sistema de arrefecimento do produto fabricado,
porque a evacuação e o transporte do clínquer incandescente são, na prática, impossíveis.
Adicionalmente, o arrefecimento rápido melhora a qualidade do clínquer.
Fig. 4.26 – Exterior do tambor redutor (à esquerda) e segunda câmara (à direita)
4.4 Moagem de cimento
4.4.1 Transporte metálico
À saída do tambor redutor encontra-se o transporte metálico, representado na Fig. 4.27,
que transporta o clínquer até ao elevador de clínquer.
As principais acções de manutenção executadas neste transporte compreendem a
inspecção do accionamento, do carril, das rodas e do estado dos baldes e, caso necessário, a
substituição destas peças.
Raspadores
Nebulizadores
de água
41
Fig. 4.27 – Transporte metálico (à esquerda) e clínquer à saída do tambor redutor (à direita)
4.4.2 Elevador de clínquer
O elevador de clínquer, apresentado na Fig. 4.28, é um elevador de baldes, análogo ao
elevador de saída do moinho de cru, cuja função é introduzir o clínquer nos silos de clínquer,
idênticos ao de cru.
Fig. 4.28 – Elevador de clínquer
42
4.4.3 Moinho de cimento
O processo que envolve a moagem de cimento é muito semelhante ao trajecto feito pela
moagem de cru. O cimento resulta da moagem fina de vários componentes, sendo o
componente maioritário o clínquer, ao qual se juntam gesso e aditivos em quantidades
previamente especificadas e garantidas para o bom produto final.
As formas de gesso de moldes são previamente britadas sendo que o gesso alimenta uma
balança doseadora própria à entrada do moinho, representada na Fig. 4.29.
Fig. 4.29 – Formas de gesso (à esquerda) e balança doseadora de gesso (à direita)
O moinho de cimento branco, apresentado na Fig. 4.30, é um moinho de câmara única
que funciona em circuito fechado, isto é, a jusante do moinho existem separadores
(semelhantes ao separador de cru) que rejeitam as partículas mais grossas retornando ao
circuito de moagem. O cimento produzido é normalmente transportado por via pneumática e
armazenado em silos verticais.
43
Fig. 4.30 – Moinho de cimento branco
4.5 Embalagem de Cimento
4.5.1 Ensacadeira de cimento branco
O cimento armazenado nos silos alimenta a ensacadeira de cimento branco, representada
na Fig. 4.31, com oito bicas de enchimento que tem capacidade para produzir 1680 sacos de
25 kg por hora e 1920 sacos de 40 kg por hora.
Fig. 4.31 – Ensacadeira de cimento branco (à esquerda) e bica de enchimento (à direita)
44
4.5.2 Paletizadora
Os sacos cheios passam por telas transportadoras e alimentam a paletizadora, (Fig. 4.32)
que tem capacidade de produção de 24 paletes por hora de sacos de 25 kg e 45 paletes por
hora de sacos de 40 kg.
Fig. 4.32 – Formação da camada (à esquerda) e formação da palete (à direita)
45
5 Britador de Clínquer Branco
Este capítulo aborda os conceitos necessários à compreensão do trabalho desenvolvido
neste equipamento da linha de produção de cimento branco, introduzindo este tipo de britador,
descrevendo os componentes do britador de clínquer branco, enquadrando o britador de
clínquer branco na respectiva linha de produção e descrevendo o seu princípio de
funcionamento, condições de operação e problemas verificados.
5.1 Britador de rolos
O britador de clínquer branco pertence à família de britadores de rolos. Este tipo de
britadores utiliza forças de compressão no processo de fragmentação e pode ser simples ou de
rolos duplos, conforme ilustra a Fig. 5.1.
Fig. 5.1 – Britador de rolos simples (à esquerda) e britador de rolos duplos (à direita)
Nos britadores de rolos duplos estes rodam em sentidos contrários e são normalmente
utilizados para materiais medianamente duros e abrasivos.
No caso de materiais húmidos, tal como argilas e margas, devem utilizar-se rolos com
“dentes”. Os britadores de rolos dentados apresentam velocidades periféricas muito baixas, 1
a 2 m/s e admitem material com uma granulometria máxima de 500 mm. Estes são os
britadores ideais para materiais muito “aderentes”, como é o caso do clínquer branco.
Nos britadores de rolos (Fig. 5.2) um dos rolos é fixo e o outro móvel e o intervalo entre
os rolos pode ser ajustado de acordo com a granulometria que se pretende obter. No caso do
modelo abaixo existem raspadores, em ambos os rolos, para retirar o material que tenda a
aderir nas extremidades dos rolos.
46
Fig. 5.2 – Britador de rolos
5.2 Componentes do britador de clínquer branco
O equipamento britador de clínquer branco é composto por diversas peças, cujas
funções das principais se descrevem seguidamente Os desenhos de construção de cada uma
das peças encontram-se em Anexos.
5.2.1 Aro de ligação ao cabeçote
Este aro metálico (Des. 21.149 em Anexos), representado na Fig. 5.3, funciona como
elemento de ligação entre o funil superior e o cabeçote do forno garantindo a estanquidade
entre estes.
1 – Veio cardan
2 – Chumaceira de apoio do rolo
3 – Raspador
4 – Rolo fixo
5 – Rolo ajustável
6 – Protecção de sobre-enchimento
7 – Volante
8 – Abertura para ajuste do veio
47
Fig. 5.3 – Aro de ligação ao cabeçote
O cabeçote, representado na Fig. 5.4 tem como principais funções: garantir a
estanquidade do forno evitando a entrada e saída de clínquer e ar e permitindo a rotação livre
do forno; sustentar o queimador, no qual passam o combustível (coque de petróleo) e o
comburente (ar atmosférico); descarregar o clínquer produzido, mediante uma abertura
existente na parte inferior do cabeçote, sobre os rolos de compressão do britador de clínquer.
Fig. 5.4 – Cabeçote do forno e queimador
Aro de ligação
ao cabeçote
48
5.2.2 Funil superior
O funil superior (Des. 21.131.100 em Anexos) orienta a descarga do clínquer
(proveniente do forno) para os rolos de compressão. Esta peça é revestida por tijolo
refractário Refracta® R2000 devidamente fixo à caída por intermédio de parafusos. Estes
parafusos (M16×110 mm) servem como elemento de fixação dos tijolos refractários ao funil
superior. Por serem produzidos em aço EN X 15 CrNiSi 25 20 (W. Nr. 1.4841) apresentam
características para serviços permanentemente em alta temperatura, pois o seu elevado teor de
crómio e níquel conferem-lhe excelente resistência a diversos agentes corrosivos, bem como
boas características mecânicas a temperaturas elevadas.
Para que se consigam fixar os tijolos à caída, estes são furados ao centro com brocas.
A composição química do tijolo refractário apresenta-se na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 – Composição química do tijolo Refracta R2000
Composição química do tijolo Refracta R2000
SiO2 30-35
Al2O3 38-43
Fe2O3 0,5-1,0
SiC 25-29
5.2.3 Tampa superior
A tampa superior (Des. 21.133 em Anexos) do britador delimita a parte superior do
britador (antes da britagem do clínquer) servindo de elemento de fixação da protecção
interior dos rolos. A tampa superior é revestida interiormente com o betão refractário
Refracta® PF-97-H de composição química igual e propriedades químicas, térmicas e
mecânicas semelhantes ao tijolo anteriormente referido.
Na Fig. 5.5 identificam-se o funil superior e a tampa superior.
49
Fig. 5.5 – Funil superior e tampa superior
5.2.4 Protecção dos veios dos rolos
Esta peça (Des. 21.147 em Anexos) orienta o clínquer para a zona de britagem entre os
dois rolos de compressão protegendo os veios dos rolos da acção térmica e abrasiva do
clínquer. Analogamente ao funil superior esta peça é também revestida com o mesmo tijolo
refractário. A Fig. 5.6 mostra a peça sem revestimento.
Fig. 5.6 – Protecção dos veios dos rolos
Funil superior
Tampa superior
50
5.2.5 Veios
Os veios (Des. 21.078.100 em Anexos) são furados internamente e têm como funções
suportar e promover o arrefecimento de si mesmos e dos rolos de compressão. Os veios são
construídos em aço EN 34 CrNiMo 6 (W. Nr. 1.6582) que apresenta elevada resistência à
fadiga e ao desgaste e elevado limite elástico.
O arrefecimento do veio e respectivo rolo é efectuado através da entrada de água por uma
extremidade do veio que escoa para o interior do rolo através de dois furos com 50 mm de
diâmetro, existentes no veio. Após atravessar a espiral no interior do rolo, a água sai por
outros dois furos de igual dimensão aos anteriormente descritos pelo extremo oposto da
entrada de água.
A Fig. 5.7 ilustra, em corte, o veio e os furos existentes.
5.2.6 Rolo de compressão
O britador de clínquer branco é constituído por dois rolos de compressão dentados com
uma espiral oca interna (Des. 21.089 em Anexos), cada um deles montado num veio furado
internamente.
Um dos rolos é fixo e o outro é ajustável e móvel correspondendo à distância entre
ambos a granulometria máxima do clínquer. Um dos rolos é ajustável pois permite regulação
da distância entre rolos (aquando da montagem) e móvel, uma vez que, no caso de os rolos
não terem capacidade de britar um aglomerado de clínquer, este rolo permite um ligeiro
acréscimo da distância entre rolos (definido pela constante de uma mola helicoidal) para
evitar a falha mecânica do equipamento.
A Fig. 5.7 mostra a montagem e interior do rolo no veio.
Fig. 5.7 – Montagem de um rolo de compressão no veio
Ø610mm
Saída de água de
refrigeração
Entrada de água de
refrigeração
600mm
51
5.2.7 Vedação entre funil superior e a tampa superior
Tal como o nome indica este elemento (Fig. 5.8) garante a vedação entre o funil superior
e a tampa superior, assegurando a estanquidade do conjunto. Esta peça (Des. 21.151 em
Anexos) é revestida internamente por tijolo refractário Refracta R2000 fixo com parafusos.
Fig. 5.8 – Vedação entre funil superior e tampa superior
5.2.8 Tampa inferior
A tampa inferior (Des. 21.132 em Anexos) orienta a descarga do clínquer britado para o
interior do tambor redutor. Esta tampa é revestida interiormente com o betão refractário
Refracta PF-97-H.
5.2.9 Funil inferior
O funil inferior (Des. 21.132 em Anexos) é a última peça do britador em contacto com o
clínquer britado orientando-o para o interior do tambor redutor. O funil é revestido por tijolo
refractário Refracta R2000 devidamente fixo à caída por intermédio de parafusos. A Fig. 5.9
mostra esta peça após serviço.
52
Fig. 5.9 – Funil inferior
5.2.10 Sistema de Accionamento
O accionamento de cada rolo é feito por um motor de corrente alternada trifásico de
11KW a 1460 rpm (Motor AC 3F 380v 11KW 1460rpm SEW), acoplado a um redutor com
relação de transmissão 114,34 e 11KW (Redutor i=114,34 11KW SEW SH127/G AM160).
Assim, a velocidade de rotação à saída do redutor (velocidade de rotação do rolo) é de
aproximadamente 13 rpm.
5.3 Condições de operação
Por se encontrar na saída do forno, imediatamente após o queimador, como ilustrado
anteriormente na Fig. 4.18, recebe o clínquer branco a temperaturas de cerca de 1300-1400ºC
e, após britar os aglomerados, descarrega-os no tambor redutor cuja chama redutora atinge
aproximadamente 1000 ºC.
Em determinadas circunstâncias formam-se incrustações e grânulos de grandes
dimensões, como mostra a Fig. 5.10 (por vezes com volume superior a ½ m3) como
consequência de irregularidades pontuais da composição química da matéria-prima e/ou da
condução do processo de cozedura.
53
Fig. 5.10 – Incrustações e grânulos no interior do forno de cimento branco
Antes de o clínquer ser descarregado do forno para o tambor redutor é necessário
diminuir a sua dimensão mediante um britador: o britador de clínquer branco.
A principal função do britador de clínquer branco é portanto reduzir o clínquer para
dimensões de grãos suficientemente pequenos, aumentando grandemente a superfície
específica do clínquer o que possibilita a redução completa e o seu arrefecimento brusco no
tambor redutor. Esta operação permite aumentar a eficiência da redução e do arrefecimento no
interior do tambor redutor.
Além da função principal o britador de clínquer funciona ainda como meio isolador entre
o forno e o tambor redutor impedindo que se verifique a passagem de ar entre estes.
Importa referir que qualquer paragem do britador de clínquer implicará uma paragem do
forno e consequentemente da produção de clínquer branco.
Assim, pretende-se que o britador funcione durante, pelo menos, um ano sem qualquer
intervenção curativa, sendo este tipo de manutenção executada aquando da manutenção anual
planeada da linha de branco.
Qualquer paragem não planeada intermédia, acarreta, cerca de uma semana de paragem
de toda a linha de produção, compreendendo:
Um dia para arrefecimento do forno e britador de clínquer;
Dois a três dias de reparação do britador ou substituição dos rolos;
Um dia para aquecimento do forno e restabelecimento da linha nas condições
normais de funcionamento.
Britador de
Clínquer
54
5.4 Concepção do britador
Antes da concepção do britador de clínquer sabia-se previamente que o principal
problema que condicionaria o seu correcto funcionamento seria a alta temperatura do
clínquer.
Isto deve-se ao facto de só ser possível arrefecer o clínquer em atmosfera controlada
(atmosfera redutora) no tambor redutor. Desta forma, a elevada temperatura do clínquer a que
está submetido o britador é um problema com o qual se tem de lidar. Não sendo possível
diminuir a temperatura do clínquer antes do britador, aquando da concepção foi estudada a
forma de atenuar os seus efeitos mediante a selecção de materiais com capacidade de
operação e resistência a elevadas temperaturas e procurando arrefecer os órgãos do britador.
Seguidamente descrevem-se as principais ideias que foram consideradas na concepção do
britador:
A superfície do rolo dentado seria revestida com eléctrodo de material refractário
extremamente duro capaz de suportar o desgaste provocado por elevadas pressões de
esmagamento, abrasão e elevadas temperaturas do clínquer.
Os funis superior e inferior seriam, também eles, adequados a condições de trabalho a
altas temperaturas sendo constituídos de tijolo refractário com um furo no centro para
possibilitar a sua fixação por parafusos à estrutura do britador.
Os veios de suporte dos rolos de impacto deveriam apresentar um furo interno no
qual se transportaria água de arrefecimento. Esta água seria bombeada através do furo
existente numa extremidade do veio, entrando no rolo e escoando-se pela espiral
(arrefecendo quer o veio quer as paredes internas do rolo de compressão) e saindo
pela extremidade oposta do veio.
Além do referido, o britador de clínquer branco foi montado com um ligeiro
deslocamento relativamente ao centro do forno, tal como se mostra na Fig. 5.11, por forma a
compensar o efeito da força centrífuga do clínquer à saída do forno rotativo. Assim, pretende-
se que o clínquer seja imediatamente orientado para o centro dos rolos de compressão,
maximizando o caudal britado e evitando entupimentos e material em espera no funil
superior.
55
Fig. 5.11 – Posição do britador de clínquer relativamente ao forno
5.5 Problemas verificados após operação e suas causas
Apresentam-se, seguidamente, os principais problemas verificados nas diversas partes do
britador e quais as suas possíveis origens:
A. Os dentes do rolo de compressão apresentam um elevado desgaste por abrasão
associado a alta temperatura podendo verificar-se o arrancamento do revestimento
duro. Este fenómeno tem início nas arestas do dente e estende-se a toda a sua
superfície consoante ilustram a Fig. 5.12 e a Fig. 5.13.
Linha de centro
do forno
Linha de centro do
britador de clínquer
Deslocamento
forno-britador
56
Fig. 5.12 – Arrancamento do revestimento nas arestas do dente
Fig. 5.13 – Arrancamento completo do revestimento na superfície do dente
Provavelmente este arrancamento deve-se à concentração de tensões decorrente do
processo de soldadura em “arestas vivas”, o que, por si só, fragiliza o dente. A utilização do
revestimento duro Castolin® EnDOtec DO*33 pode não ser a melhor opção pois, apesar de
apresentar excelente capacidade de resistência à abrasão, tem pouca ductilidade e
relativamente baixo coeficiente de dilatação térmica. Após o arrancamento do revestimento
nas arestas do dente, este acontecimento evolui rapidamente em toda a extensão da superfície
do dente, desprotegendo-o da elevada temperatura e desgaste.
Arrancamento completo do
revestimento na superfície do dente
Arrancamento do revestimento nas
arestas do dente
57
Segundo Klimpel & Kik [2008] a composição química deste eléctrodo é a apresentada na
Tabela 5.2.
Tabela 5.2 – Composição química do eléctrodo Castolin DO*33
Composição química [%] do eléctrodo Castolin DO*33
C Si Mn Cr Nb B P S Fe
2,5 0,8 2,0 13,0 5,0 2,2 0,02 0,01 Restante
O eléctrodo EnDOtec DO*33 é um eléctrodo contínuo especialmente utilizado contra a
abrasão a elevada temperatura. Apresenta como principais características; a elevada dureza
intrínseca do eléctrodo obtida no depósito, logo na primeira camada, de 68HRC; resistência à
abrasão intensa a alta temperatura e à erosão em meio gasoso.
B. A superfície do rolo apresenta fissuras em toda a sua extensão de revestimento (Fig.
5.14) resultantes do fenómeno de fissuração a frio, podendo, em algumas zonas,
verificar-se a desunião do revestimento relativamente ao metal de base (Fig. 5.15).
Fig. 5.14 – Fenómeno de fissuração a frio na superfície do rolo de compressão
58
O fenómeno de fissuração a frio em soldadura ocorre quando coexistem em simultâneo
os seguintes factores: hidrogénio no material depositado; elevado nível de tensões na junta e
microestruturas duras e frágeis. A existência deste fenómeno indica que não houve uma
correcta preparação da soldadura que inclui a secagem dos eléctrodos de soldadura, limpeza
completa de gorduras e sujidade da superfície a soldar, utilização de gás de protecção de
soldadura adequado e pré e pós-aquecimento dos rolos e dentes do britador.
Fig. 5.15 – Desunião do revestimento com o metal de base
Relativamente à desunião do revestimento com o metal de base, esta deve-se ao facto da
altura do cordão de soldadura ter dimensão consideravelmente grande (cerca de 8 mm)
comparativamente com a altura da zona fundida (2 mm), apresentando uma taxa de diluição
de cerca de 20%. Desta forma o revestimento não está convenientemente fixo à superfície do
rolo de compressão.
Note-se que, ao depositar um revestimento com características especiais para
determinadas condições de operação (como o eléctrodo DO*33 com excelente resistência à
abrasão), pretende-se obter a menor diluição possível para que as propriedades do
revestimento fiquem intactas em grande parte da altura do cordão. Consequentemente, pode
ocorrer o fenómeno de arrancamento deste revestimento devido à insuficiente ligação ao
metal de base.
59
C. Os tijolos refractários dos funis a montante e jusante dos rolos de impacto têm uma
duração de cerca de um ano, contudo, apresentam alguma heterogeneidade na zona
de encosto entre tijolos, o que acelera o seu desgaste. Além do exposto, estes são de
difícil preparação pois necessitam de ser furados ao centro para que possam ser fixos
com parafusos às estruturas dos funis.
A Fig. 5.16 apresenta em pormenor os tijolos refractários do funil a montante do britador
com o furo central e respectivo parafuso (na parte interna do funil). A Fig. 5.17 mostra a
grande quantidade de parafusos que é necessário desapertar e apertar para remoção dos tijolos
danificados e fixação dos novos tijolos.
Fig. 5.16 – Heterogeneidade na transição entre tijolos
Furo e parafuso central do
tijolo refractário
Heterogeneidade na
transição entre tijolos
60
Fig. 5.17 – Parafusos de fixação do tijolo refractário
A substituição do tijolo acarreta elevado tempo, uma grande quantidade de consumíveis
necessários à execução do furo central e de mão-de-obra (necessária para a remoção do tijolo
deteriorado, furação e colocação do novo tijolo nas caídas). Durante a fixação dos tijolos
ocorre, por vezes, a fractura do tijolo, encarecendo ainda mais esta tarefa.
D. O furo do veio do britador e a hélice interna, do lado do retorno da água de
refrigeração apresentam bastante calcário depositado, conforme mostra a Fig. 5.18.
Fig. 5.18 – Precipitação de calcário no britador de clínquer
Parafusos de fixação do
tijolo refractário
Calcário precipitado no
interior do rolo
Calcário precipitado no
interior do veio
61
O calcário presente no lado do retorno indica que a água de refrigeração, após atravessar
o interior do rolo, atingiu pelo menos 60ºC, que é a temperatura de precipitação dos iões de
cálcio (Ca2+
). Por vezes, a quantidade de calcário é tal que obstrui completamente o furo do
veio do lado de retorno, provocando uma sobrepressão no interior do rolo e consequente
rebentamento deste.
Além disso, o reaproveitamento das águas de retorno dos equipamentos para um depósito
de alimentação associado à inexistência de um sistema de refrigeração provoca, ciclo após
ciclo de arrefecimento, um aumento gradual da temperatura da água chegando esta a atingir os
40ºC no depósito de alimentação. Para evitar o aquecimento progressivo da água é frequente
escoar água de retorno do britador para o esgoto, uma vez que o britador é o principal
consumidor de água da fábrica (consumindo 30 m3/h dos cerca de 80 m
3/h de toda a fábrica,
em plena laboração) e o principal “elemento aquecedor” (“aquecendo” água de alimentação
de 20-30ºC para 40-70ºC).
Outro motivo que explica a existência de calcário no interior do rolo é o incorrecto
funcionamento do sistema de descalcificação que não tem capacidade para a completa
remoção dos iões responsáveis pela dureza da água.
63
6 Optimização do britador de clínquer branco
Importa recordar que uma simples substituição dos rolos de impacto, isto é, substituição
dos rolos em serviço por rolos reparados, demora cerca de cinco dias. Para evitar que a linha
de branco pare por um tempo superior ao referido tem-se em oficina um par extra de rolos
previamente reparados. Desta forma evita-se um incremento do tempo de substituição uma
vez que os rolos em serviço são reparados em oficina após novo arranque da linha.
Este capítulo aborda o trabalho desenvolvido no âmbito da optimização do britador de
clínquer branco. Na primeira parte descrevem-se as modificações efectuadas ao nível do
corpo do britador e na segunda expõe-se as alterações a efectuar ao nível do sistema de
arrefecimento e descalcificação da água de arrefecimento
6.1 Alterações ao nível do corpo do britador
Ao nível do corpo do britador foram efectuadas diversas alterações que se explicam de
seguida.
Inicialmente procedeu-se à remoção do revestimento deteriorado da superfície do rolo e
dos dentes e limparam-se estas superfícies de todas as impurezas, nomeadamente gorduras,
poeiras e óxidos, conforme se pode observar na Fig. 6.1.
Fig. 6.1 – Superfície do rolo após preparação
64
A tarefa de limpeza e preparação com eléctrodo de chanfro permitiu obter uma superfície
com uma abertura que assegurasse um bom acesso à zona de trabalho, soldadura e posterior
batimento dos cordões. Mediante o recurso ao ensaio de líquidos penetrantes comprovou-se a
ausência de fissuras e outros defeitos no metal.
Durante a soldadura de aços de alto carbono ou de alta liga existe o risco de que o
depósito de solda e a zona termicamente afectada contenham altas percentagens de martensite.
Estas soldas apresentam elevada dureza e baixa ductilidade, podendo vir a fissurar durante o
arrefecimento. Para evitar esta fissuração recorre-se às técnicas de pré-aquecimento e pós-
aquecimento cuja finalidade é manter o teor de martensite da solda num nível mínimo. De
ambos os tratamentos resulta maior ductilidade, menor dureza e menor probabilidade de
fissuração durante o arrefecimento.
A martensite forma-se durante o arrefecimento da solda e da zona termicamente afectada.
A quantidade de martensite formada pode ser limitada reduzindo-se a velocidade de
arrefecimento da solda. O pré-aquecimento aumenta a temperatura do metal adjacente à solda,
de tal modo que o gradiente de temperatura entre a solda e o metal de base adjacente seja
reduzido. O resultado é que a zona de soldadura aquecida arrefece mais lentamente, visto que
a velocidade de arrefecimento é directamente proporcional ao gradiente de temperatura entre
as massas quente e fria.
Em resumo, o pré-aquecimento reduz:
Risco de fissuração provocada pela presença de hidrogénio;
As tensões geradas pela contracção de cada cordão;
A dureza na zona termicamente afectada.
A composição química do material tem um papel importante na temperabilidade do
material. O carbono é o elemento que influencia as características da martensite (quando ela
se forma) enquanto que os outros elementos, dificultando a difusão deste elemento,
influenciam igualmente a temperabilidade.
Dadas as características do ciclo térmico é necessário conhecer ou prever a temperatura
em soldadura, de forma a poder conduzir a operação sem riscos de fragilização ou fissuração.
Um dos critérios de avaliação da temperabilidade de um aço é através da determinação do
Carbono Equivalente (CE). Trata-se de um factor empírico adoptado pela IIW – International
Institute of Welding, e representa o somatório do teor em carbono com o dos outros elementos
afectados de um coeficiente relativo ao poder temperante de cada.
65
Para se aplicar o pré-aquecimento é então necessário proceder ao cálculo de CE,
recorrendo à expressão indicada pela IIW, para aços estruturais:
(
) (
) (
) (6.1)
Na Tabela 6.1 apresenta-se a composição química do aço utilizado na construção dos
rolos de compressão (W. Nr. 1.0421).
Tabela 6.1 – Composição química do aço dos rolos de compressão
Composição química [% em peso] do aço W. Nr. 1.0421
C Si Mn Cr Mo Ni V
≤0,22 ≤0,50 ≤1,50 ≤0,30 ≤0,08 ≤0,40 ≤0,10
Substituindo os valores da tabela em (6.1) obtém-se um valor de CE de 0,59 que indica,
segundo Lopes & Miranda [1993], que o aço tem pouca soldabilidade (definida segundo a
AWS – American Welding Society, como sendo a «capacidade de um material ser soldado
nas condições de fabricação impostas por uma estrutura específica projectada de forma
adequada e de se comportar adequadamente em serviço»).
A Castolin Eutectic (empresa responsável pelo fornecimento dos eléctrodos e técnica
operatória) recomenda:
CE < 0,2 sem necessidade de pré-aquecimento;
CE 0,2 – 0,4 pré-aquecimento entre 100-200ºC;
CE > 0,4 pré-aquecimento entre 200-350ºC.
Existem vários métodos para se calcular a temperatura de pré-aquecimento (Temp pré-
aquec), sendo um dos mais aceites o que se baseia na seguinte expressão (6.2):
[ ] √ (6.2)
em que CE é o carbono equivalente do aço.
66
O pré-aquecimento depende do CE do aço e das dimensões e geometria da peça.
Assim, segundo a composição deste a aço, a temperatura de pré-aquecimento deveria ser
de 204 ºC na zona de soldadura. No entanto, entendeu-se fazer um pré-aquecimento de 100
ºC, com recurso a um maçarico, aplicado de forma lenta e profunda devido à grande dimensão
da peça e factores de ordem prática (capacidade de aquecimento homogéneo e facilidade do
soldador poder trabalhar com a radiação emitida). Esta temperatura foi mantida durante o
processo de soldadura.
O revestimento por soldadura foi realizado com eléctrodos Castolin® EnDOtec
NanoAlloy™ DO*390N.
Segundo Klimpel & Kik [2008] a composição química deste eléctrodo é a apresentada na
Tabela 6.2.
Tabela 6.2 – Composição química do eléctrodo Castolin DO*390N
Composição química [%] do eléctrodo Castolin DO*390N
C Si Mn Cr Mo Nb W B Fe
<5,0 <2,0 <5,0 <20,0 <10,0 <10,0 <10,0 <5,0 Restante
As ligas NanoAlloy® são caracterizadas pelas suas elevadas concentrações de carbonetos
de boro complexos ultra duros (M23(BC)6), carbonetos metálicos (MC) e boretos metálicos
(M2B), finamente dispersos numa matriz nanoscópica de liga de ferro alfa refinada. As ligas
compostas de grande resistência à abrasão são formadas tipicamente por fases de partículas
angulares de carboneto de tungsténio ultra duras, numa matriz aglutinante relativamente
macia (à base de Ni ou Fe). Estas estruturas nano desenvolvidas com base no estudo da
engenharia de materiais apresentam características extraordinárias, ultrapassando com grande
margem as estruturas cristalinas convencionais.
A estrutura única de NanoAlloy oferece:
Uma resistência excepcional à erosão e à abrasão;
Revestimentos de soldadura ultra duros com tenacidade;
Dureza mantida até temperaturas ao rubro;
Tolerância a ciclos térmicos repetidos;
Baixo coeficiente de atrito para uma boa resistência à fricção metal-metal;
Maior produtividade e redução de custos.
67
Segundo Castolin Eutectic [2006] fizeram-se testes ASTM G65, descritos por Klimpel &
Kik [2008], que simulam o fenómeno de abrasão com baixa pressão para a avaliar a
resistência ao desgaste da liga DO*390N. Os resultados estão apresentados na Tabela 6.3.
Nestes testes foram utilizados como referência relativa três passes da liga DO*33 face a um
passe de DO*390N. As soldaduras foram feitas executadas com baixa entrega térmica (250
A).
Tabela 6.3 – Resultado comparativo do teste ASTM G65 para as ligas DO*33 e DO*390N
Resultado comparativo do teste ASTM G65 para as ligas DO*33 e DO*390N
Provete N.º
provete
Massa
antes teste
[g]
Massa
após teste
[g]
Perda de
massa
[g]
Perda de
massa
média [g]
Perda de
volume médio
[mm3]
Resistência à
abrasão
relativa
DO*33 I 146,5962 146,4252 0,1710
0,1804 24,4114 1,00 II 145,2656 145,0758 0,1898
DO*390N I 161,8085 161,7121 0,0964
0,1011 13,1299 1,86 II 164,9456 164,8398 0,1058
Os testes revelaram que a resistência à abrasão da liga DO*390N com diluição
(soldadura com um passe apenas), é quase o dobro da liga DO*33 sem diluição (soldadura
com três passes).
A resistência ao desgaste significativamente superior da liga DO*390N pode ser
explicada pelo maior volume fraccional de carbonetos de boro estáveis e boretos no depósito
e pelo íntimo espaço em escala nano dos cristais na matriz ferrítica. Consequentemente a
matriz está metalurgicamente autoprotegida mantendo os constituintes duros firmemente
ancorados, não existindo a possibilidade de serem removidos por vectores de abrasão ou
erosão.
Este eléctrodo caracteriza-se pelo depósito sem escória com elevada concentração de
carbonetos de boro complexos distribuídos uniformemente numa matriz de liga de ferro. A
microestrutura exclusiva de escala nano (Fig. 6.2) garante um rendimento excepcional contra
o desgaste provocado por abrasão e erosão severas conservando as suas propriedades de
dureza básica até aos 750ºC.
68
Fig. 6.2 – Microestruturas do cordão DO*390N com escala de 20 µm (à esquerda) e 5 µm (à direita)
Os depósitos de soldadura apresentam microfissuras anti-tensões particulares resultantes
do processo de soldadura deste eléctrodo, contornos da superfície de soldadura lisos e sem
ondulações, conforme mostra a Fig. 6.3. Estas microfissuras têm como objectivo a libertação
das tensões decorrentes do processo de soldadura.
Este eléctrodo foi concebido especialmente para revestimentos de protecção com extrema
resistência à abrasão e erosão em aços ao carbono, aços ligados e aços inoxidáveis,
apresentando durezas de 66-68 HRC em apenas um passe e 67-71 HRC em dois passes.
Utilizou-se gás de protecção Linde® EN 439 CRONIGON 2, com 97,5% Ar e 2,5% CO2,
uma vez que o gás de protecção recomendado para este eléctrodo deve ter esta composição.
Uma vez terminado o processo de soldadura, o arrefecimento foi controlado e o mais
lento possível, tendo-se coberto a peça com isolante térmico.
Importa referir que os parâmetros de soldadura foram seleccionados criteriosamente por
um soldador especializado e totalmente dedicado à tarefa de reparação dos rolos do britador.
69
Fig. 6.3 – Superfície lisa do dente do rolo revestido e sem fissuração a frio apresentando microfissuras
anti-tensões
Quanto à parte geométrica do britador foi tido em atenção o estado arredondado do dente
após serviço e, em vez de substituir o dente desgastado por um novo paralelepipédico,
revestiu-se com fio fluxado, protecção gasosa e as técnicas supracitadas após correcta
preparação e limpeza da superfície.
Ao eliminar as “arestas vivas” procurou-se atenuar a concentração de tensões de
soldadura. Adicionalmente, após o arrefecimento completo da peça procedeu-se ao processo
de maquinação e acabamento de forma cuidadosa (conforme ilustram as imagens da Fig. 6.4),
procurando eliminar, o mais possível, os defeitos detectados (poros, fissuras, mordeduras,
etc.), que se pudessem converter em pontos de concentração de tensões.
Microfissuras anti-tensões
70
Fig. 6.4 – Perfil arredondado do dente
Além do revestimento da superfície exterior dos rolos, em cada reparação são
substituídos os tampos laterais de estanquidade (um com 16 mm, Des. 21.088 em Anexos e
outro com 30 mm de espessura, Des. 21.087 em Anexos).
O histórico deste equipamento indica que a falha com maior taxa de incidência é o
rebentamento do tampo de 30 mm, representado na Fig. 6.5.
71
Fig. 6.5 – Corte longitudinal do conjunto do rotor
A origem deste acontecimento prende-se com a existência de uma grande quantidade de
calcário no interior do rolo, essencialmente do lado da saída da água, conforme representa a
Fig. 6.6. A presença de calcário não permite o escoamento da água no interior do rolo, o que
provoca o aquecimento e vaporização da água causando uma sobrepressão no interior do rolo
e conduzindo à rotura daquele tampo.
Fig. 6.6 – Presença de calcário à saída do veio
Na paragem anual, além da reparação da superfície dos rolos é feita a substituição dos
tampos, o que permite renovar estes componentes que já tiveram em serviço, sujeitos a
diversos ciclos térmicos e mecânicos, por novas peças que apresentam as suas propriedades
mecânicas intactas.
Após preparação das superfícies do chanfro e do rolo na zona do chanfro iniciou-se o
processo de estanhagem das com eléctrodo revestido Castolin® EC4022 de 2,5mm.
1 – Veio
2 – Rolo de compressão
3 – Anel de fixação
4 – Anel de fixação
5 – Tampo de 30 mm
6 – Anéis interiores
7 – Tampo de 16 mm
8 – Hélices
72
A estanhagem é uma técnica executada com intuito de acomodar as diferenças na
composição e nas propriedades existentes entre os materiais de base e de soldadura, tais como
coeficientes de expansão térmica e condutividade térmica.
O eléctrodo EC4022 é um eléctrodo altamente ligado à base de níquel oferecendo uma
margem de segurança máxima para as soldaduras altamente solicitadas e de forte secção,
graças à sua grande resistência à fissuração e à sua excelente soldabilidade em posição. Esta
liga tem uma resistência à tracção superior à do material de base, que se pensa ser suficiente
para um bom comportamento posterior em serviço, o seu alongamento (35%) é muito superior
ao do material de base, permitindo absorver as tensões produzidas durante a soldadura,
inevitáveis a 100% com o processo operatório e os esforços de dilatação e contracção em
serviço.
Especialmente concebido para a soldadura de ligação de juntas de grande secção
apresenta as seguintes características:
Resistência à tracção [N/mm2]: 660
Limite elástico [N/mm2]: 390
Alongamento A5 [%]: 35
Dureza (HV10): 160
A estanhagem (Fig. 6.7) foi executada com baixa intensidade, com arco curto e eléctrodo
quase vertical, tendo com finalidade minimizar o fenómeno de diluição e reduzir a zona
termicamente afectada.
Fig. 6.7 – Técnica de estanhagem (à esquerda) e técnica de estanhagem com soldadura em multipasses
(à direita)
Na soldadura dos tampos dos rolos de compressão foi ainda utilizada a técnica de “passo
de peregrino” que consiste na deposição de cordões curtos, no sentido contrário ao da
progressão da soldadura, devendo cada cordão sobrepor parcialmente o início do cordão
anterior, como mostra a Fig. 6.8.
73
Fig. 6.8 – Sequência de soldadura com “passo de peregrino”
Esta técnica tem como objectivo a redução de tensões de contracção da soldadura graças
à modificação da distribuição de calor acumulado na zona de soldadura.
Finalmente, e não menos importante, bateu-se os cordões de soldadura imediatamente
após depósito com martelo de bola, para compensar, por deformação plástica, as tensões
geradas pela contracção de cada cordão, cuja acumulação pode causar a rotura. A Fig. 6.9
mostra o efeito de batimento dos cordões.
Fig. 6.9 – Efeito de batimento dos cordões
No que respeita à protecção dos veios dos rolos e aos funis superior e inferior, tiveram-se
em atenção algumas situações verificadas na montagem e desmontagem do tijolo de
revestimento destas peças, bem como o seu estado após serviço.
As dificuldades de preparação e aplicação do tijolo refractário associadas à
heterogeneidade das superfícies levaram a reflectir acerca da existência de uma solução mais
adequada para proteger estas peças. Assim, o tijolo refractário Refracta R2000 foi substituído
por betão refractário Refracta PF-97-H de propriedades químicas, térmicas e mecânicas
equivalentes.
74
O betão refractário apresenta as seguintes vantagens face ao tijolo refractário:
Facilidade e rapidez de aplicação;
Possibilidade de ser aplicado em geometrias complexas;
Melhor acabamento, estanquidade e homogeneidade em juntas, comparativamente às
junções dos tijolos;
Menor mão-de-obra.
Contudo, o sucesso da aplicação depende do modo de preparação da amassadura, de
aplicação, vibração e cura.
O betão refractário apresenta maior desgaste que o tijolo refractário e o custo do material
por metro linear é cerca de 10-20% superior ao do tijolo. No cômputo geral, a poupança em
mão-de-obra dilui a diferença por metro linear obtendo-se, neste caso, custos globais
vantajosos para o betão.
A Fig. 6.10 mostra a protecção dos veios dos rolos com revestimento de betão
refractário, sendo possível visualizar a superfície homogeneamente lisa. De referir que, para
que fosse possível aplicar o betão refractário, a geometria desta peça foi modificada, tendo
sido construído um aro em aço refractário X 15 CrNiSi 25 20 (W. Nr. 1.4841) que suporta
lateralmente o material refractário.
Fig. 6.10 – Protecção dos veios dos rolos revestida a betão
A Fig. 6.11 apresenta o funil superior numa fase intermédia de aplicação do betão sendo
possível visualizar a ancoragem e homogeneidade da superfície de betão.
75
Fig. 6.11 – Funil superior com betão refractário
6.2 Alterações ao nível do sistema de tratamento da água do britador
Conforme referido anteriormente, foi detectado o incorrecto funcionamento do sistema
de descalcificação e a ausência de um sistema de refrigeração da água, pelo que, se estão a
estudar as diversas possibilidades de actualização do sistema descalcificador e de aquisição de
um sistema de arrefecimento de água industrial.
Convém referir que os problemas de calcário e de “água quente” não são verificados
apenas no britador sendo comuns aos restantes equipamentos que requerem refrigeração por
água, tais como: moinhos de cru, de carvão e de cimento; sondas de gases dos fornos; roletes
de apoio do forno, entre outros.
A dureza representa a concentração de iões bivalentes presentes na água. Contribuem
essencialmente para esta os iões de cálcio, magnésio, estrôncio, ferro e manganês. A dureza
classifica-se em:
Total - mede a totalidade dos iões bivalentes;
Cálcica - mede o teor em cálcio;
Magnesiana - mede o teor em magnésio.
Embora não haja uma convenção formal, a título prático, a água pode ser classificada
quanto à dureza de acordo com a Tabela 6.4:
76
Tabela 6.4 – Dureza da água
Designação da água Teor de CaCO3/L
Muito mole 0 a 70 ppm
Mole 70-135 ppm
Média dureza 135-200 ppm
Dura 200-350 ppm
Muito dura mais de 350 ppm
No que concerne ao sistema de descalcificação de água existente foram feitas análises da
água à entrada e saída do equipamento, por forma a aferir a capacidade de remoção da dureza
da água requerida. A água à entrada apresenta 310 ppm CaCO3/L e à saída 180 ppm
CaCO3/L, bastante superior às 40 ppm CaCO3/L pretendidas. Este valor comprova que o
sistema de descalcificação não está a funcionar correctamente pois não tem capacidade de
remover a quantidade de iões Ca2+
que evite incrustações nas tubagens e demais
equipamentos fabris.
Para o correcto dimensionamento dos equipamentos de refrigeração de água foram
medidos os caudais volumétricos e temperaturas da água de retorno do britador de clínquer
(cerca de 30m3/h a 65ºC) e de toda a fábrica (aproximadamente 80m
3/h a 45ºC).
O sistema de refrigeração será dimensionado para arrefecer 80m3/h de 45ºC para 25ºC
(temperatura de água de alimentação admissível para arrefecimento dos equipamentos fabris).
O cálculo da potência térmica de arrefecimento [W] faz-se através da expressão
(6.3):
[ ] (6.3)
em que é o caudal mássico [kg/s], o calor específico da água ( = 4,184 [[J/kg·ºK]), e
a diferença entre a temperatura de entrada e de saída da água.
Calcula-se o caudal mássico de água através da expressão (6.4) correspondente a 80m3/h
a uma temperatura média de
[ºK].
(6.4)
em que é o caudal volumétrico [m3/s] e a massa volúmica [kg/m
3]
77
Pelas tabelas das propriedades termodinâmicas da água obtém-se para 308,15ºK os
seguintes valores: [kg/m3] e [J/kg·ºK] (valores obtidos por interpolação
através das Tabelas Termofísicas da Água Saturada em Incropera & DeWitt [1998]).
Substituindo em (6.4) tem-se:
[kg/s]
Substituindo o valor de e de em (6.3) tem-se:
[W]
Portanto, para arrefecer a água para as condições pretendidas é necessário adquirir um
equipamento que apresente uma capacidade de dissipação de calor de cerca de 1,8 MW.
Contudo, os custos envolvidos para a aquisição deste tipo de equipamentos requerem a
aprovação de Ordens de Investimento cujos montantes se cifram em cerca de 150.000€.
Este valor poderá ser considerado elevado se se menosprezar a possibilidade de paragem
do forno de branco devido à obstrução com calcário do canal de saída da água de refrigeração
dos rolos que poderá provocar um novo rebentamento de um rolo cuja reparação requer cerca
de uma semana.
Tendo em conta esta situação, no ponto seguinte, faz-se a análise de custos associados a
uma paragem de cinco dias da linha de branco.
79
7 Análise de custos
Consoante foi referido inicialmente, o principal objectivo deste trabalho é evitar paragens
intermédias às manutenções anuais planeadas da linha de branco por falha do britador de
clínquer.
A estas paragens intermédias estão associados, entre outros, os seguintes custos:
1) Custos de arranque da linha de produção;
2) Custos de manutenção;
3) Custos de não produção.
Os custos de arranque são difíceis de quantificar pois envolvem principalmente custos
energéticos. Estes custos representam custos de electricidade e combustível utilizado no
aquecimento e arranque do forno. O aquecimento do forno tem duração de cerca de oito
horas. Nas primeiras quatro horas o combustível utilizado é o fuel com alimentação de cerca
de 4,5 t/h e nas restantes o aquecimento é feito a coque de petróleo sendo a alimentação de 6
t/h. Na Tabela 7.1 calcula-se o custo de combustíveis gastos no aquecimento do forno.
Tabela 7.1 – Custo dos combustíveis de aquecimento do forno
Custo dos combustíveis de aquecimento do forno
Combustível
(I)
Quantidade de
combustível utilizada [t]
(II)
Custo do combustível
[€/t]
(III)
Custo total [€]
(I×II)
Fuel 4 h × 4,5 t/h = 18 t 317€/t 5706
Coque 4 h × 6 t/h = 24 t 71€/t 1704
Total --- --- 7410
Os custos dos combustíveis utilizados para o aquecimento do forno são de
aproximadamente 7.400€. Os custos de electricidade são difíceis de calcular pois é
complicado quantificar os consumos de cada equipamento na fase de arranque do forno. Por
este motivo e pelo facto de representarem uma pequena fracção dos custos globais, os custos
de electricidade não serão considerados nesta análise.
80
Relativamente aos custos de manutenção, estes incluem: os custos de serviços externos,
tome-se como exemplos a reparação dos rolos de compressão do britador de clínquer, a
análise da condição dos rolamentos; materiais, tais como perfis de aço, eléctrodos,
ferramentas, consumíveis e outros necessários à reparação do britador; mão-de-obra interna
necessária para conseguir o acesso ao britador, operar a grua, substituir os rolos, etc.
Tomando como exemplo a última reparação dos rolos, estes custos são da ordem dos 7.000€.
Quanto aos custos de não produção – a maior parcela dos custos globais associados à
falha do equipamento – esta inclui as perdas de facturação às quais estão associados lucros
que, desta forma, não podem ser contabilizados. Na Tabela 7.2 são determinados os custos
diários de não produção.
Tabela 7.2 – Análise do custo diário de não produção
Custo diário de não produção
(I)
Produção média
diária de clínquer
[t]
(II)
Incorporação
média de clínquer
no cimento [%]
(III)
Produção média
diária de cimento
[t]
(I÷II)
(IV)
Margem média
sobre custos semi-
fixos e variáveis
[€/t]
(V)
Custo diário de
não produção [€] (III×IV)
290 78,5 369 14 5166
Assim, os custos de não produção associados a um dia de paragem da linha de branco são
aproximadamente 5.166€.
Importa referir que, o valor de 5.166€ obtido corresponde aos custos de não produção
relativos a um dia, considerando que todo o clínquer produzido é “transformado” em cimento
e que toda a quantidade de cimento é comercializada. Os custos de não produção associados a
uma reparação do britador não planeada, com duração de cinco dias, são portanto de cerca de
25.830€. Actualmente, a procura do mercado interno é satisfeita com relativa facilidade (em
cerca de seis meses de laboração da linha) pelo que o cimento produzido no restante tempo de
funcionamento da linha será colocado no mercado externo com margens menores e consoante
a oportunidade que surja para escoar o produto. Contudo, este facto não deve ser visto como
uma forma de menosprezar a disponibilidade da linha produção de cimento branco, sendo
preferível entender a importância de estar preparado e disponível para uma eventual
oportunidade de fornecimento do produto e, assim, conseguir alargar o mercado.
Os custos de não produção associados a uma paragem do forno não planeada, com
duração de cinco dias, apresentam-se na Tabela 7.3.
81
Tabela 7.3 – Custos totais associados a uma paragem não programada de cinco dias
Custo diário de não produção
Natureza dos custos Montante [€] Total [€]
Arranque 7410
40240 Manutenção 7000
Não produção 25830
Assim, o projecto de optimização do britador de clínquer branco visa alcançar uma
poupança de, aproximadamente, 40.000€.
83
8 Conclusões
Este trabalho teve como objectivo principal optimizar o britador de clínquer branco
mediante alterações à construção e condições de funcionamento deste, tendo em conta o seu
papel vital na linha e procurando evitar a sua falha com inevitáveis custos associados.
De acordo com o disposto em 5.5 Problemas verificados após operação e suas causas
procurou-se dar resposta aos problemas do britador de clínquer actuando nas suas causas.
Assim, a Tabela 8.1 expõe, sumariamente, as soluções apresentadas para cada um dos
problemas.
Tabela 8.1 – Soluções apresentadas para os problemas do britador de clínquer
Optimização do britador de clínquer branco
Abrangência Problema Descrição Natureza da
causa Decisão adoptada
Ao nível do
corpo do
britador
A
Arrancamento do
revestimento duro Operacional
Seleccionar eléctrodos
contínuos de soldadura com
mais ductilidade, resistência
às elevadas temperaturas e
resistência à abrasão
Geometria do dente
inadequada Estrutural
Utilizar uma geometria de
dente arredondada
B Insuficiente preparação
da soldadura Operacional
Utilizar pré e pós-
aquecimento na soldadura,
utilizar gás de protecção,
regular correctamente os
parâmetros de soldadura
C
Dificuldade de aplicação
do tijolo Operacional
Aplicar betão refractário em
detrimento de tijolo refractário Heterogeneidade da
superfície dos funis Estrutural
Ao nível do
sistema de
tratamento da
água do britador
D
Presença de calcário no
interior do britador
Sistema de
Descalcificação
Actualizar o sistema de
descalcificação de acordo
com as capacidades
requeridas
Elevada temperatura da
água de refrigeração
Sistema de
Refrigeração
Implementar um sistema de
refrigeração da água de
alimentação
84
O trabalho aqui apresentado, devido à sua natureza e complexidade, não se pode
considerar completo, contudo desenvolvido considero ter contribuído com alguma inovação
no que se refere à análise das causas de falha do britador de clínquer branco e apresentação de
soluções para as mesmas.
Nesta fase, as alterações estudadas ao nível do corpo do britador foram implementadas,
no entanto, à data de realização deste trabalho, não se dispõe de conclusões práticas, uma vez
que, o britador se encontra em funcionamento não sendo possível verificar as melhorias.
Relativamente ao sistema de tratamento de água industrial – bastante importante, não só
para o correcto funcionamento do britador mas também para os demais equipamentos fabris –
este encontra-se em fase de aprovação da respectiva Ordem de Investimento.
No que respeita aos objectivos gerais do estágio, igualmente importantes, penso ter
progredido em termos de formação académica através do conhecimento de diversos tipos de
equipamentos mecânicos, cada um com as suas características, princípios de funcionamento e
situações problemáticas.
Estas situações possibilitaram a aquisição de competências técnicas que foram
desenvolvidas pelo acompanhamento das tarefas de manutenção realizadas nos equipamentos
e, ao mesmo tempo, devido à procura da causas e, eventuais, soluções para os referidos
problemas.
85
9 Referências
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http://www.castolin.pt/wCastolin_pt/core/products/welding/DO_390N.php
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Staff No. 01/06.
Cibra. (s.d.). Fábrica Cibra-Pataias. Mensagem d' O Conselho de Administração. Pataias,
Portugal.
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Cibra-Pataias. Pataias.
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10 Anexos